至元十三年(1276年)，陷临安，俘宋帝、谢太后等北还，取宋地三十七府、一百二十八州、七百余县。

至元十四年(1277年)，以宗王昔里吉等叛执北平王那木罕，自阿力麻里东犯和林，奉命率师北上，大败叛军于斡耳寒河(今鄂尔浑河)。

至元十八年(1281年)，从皇太子真金抚军漠北，益藤州四千九百余户为食邑。

至元二十二年(1285年)，代宗王阿只吉总军西北。

至元二十四年(1287年)，从元世祖讨平叛王乃颜之乱。

至元二十六年(1289年)，任知枢密院事，分院和林。

至元二十九年(1292年)，招降叛王明理铁木儿，屡败海都叛军。因遭朝臣谗陷，被罢职，居大同。

至元三十一年(1294年)，忽必烈驾崩，受顾命拥戴铁穆耳即位，复任知枢密院事。同年十二月(1295年初)病卒，年五十九。

大德八年(1304年)，特赠宣忠佐命开济功臣、太师、开府仪同三司，追封淮安王，谥号忠武。

至正四年(1344年)，加赠宣忠佐命开济翊戴功臣，进封淮王，其余如旧。有《丞相淮安忠武王碑》以志其功。

应仁宗帝儒师王约的请求，元帝为伯颜在杭州建立祠堂(忠武王庙，即元丞相伯颜祠也)。姚靖《西湖志》：“方其统兵下临安，驻节皋亭，俟宋出降，不嗜杀戮，杭民德之，为建此祠。”《元史》载：‘功臣之祠，惟故淮安忠武王立庙于杭，春秋二仲月次戊祀以少牢，用笾豆簠簋，行酌献礼!’”