元朝通使南海诸国始于灭南宋之后。至元十四年，元军取福建，南宋主管市舶的蒲寿庚投降，使元朝拥有了通海外的主要港口泉州和大量海舶，以及熟悉海外交通、国情和贸易的人才。次年八月，忽必烈以大将唆都与蒲寿庚并为中书左丞，行省福建，诏命他们：“诸蕃国列居东南岛屿者，皆有慕义之心，可因蕃舶诸人宣布朕意：诚能来朝，朕将宠礼之；其往来互市，从所欲。”（《元史·世祖纪》）十六年末，又命朝臣与唆都商议“招收海外诸番事”，并决定“诏谕海内海外诸番国主”（同上）。在此之前，唆都已派治中赵玉出使爪哇（十六年十二月还，其出使当在上年底），可能还通过蕃商向其他各国传达了上述欢迎“来朝”和允许自由互市的旨意，于是十六、十七年相继有马八儿、俱兰、爪哇等国遣使来元。十七、十八年，元朝先后派招讨使速剌蛮和苫思丁等出使木剌由国（Malayu，又译没剌由、麻里予儿等，今苏门答剌东部之占碑，此时为三佛齐国都所在，故即指三佛齐国），招讨使杨廷璧等“招抚”海外各国，宣慰孟庆元、万户孙胜夫出使爪哇，展开了频繁的外交活动。
爪哇是当时南海的强国，杜马班（新柯沙里）朝国王葛达那加剌在位时（1254 —1292），不仅将西爪哇纳入治下，还征服了马都拉、巴厘岛，并乘三佛齐（木剌由）衰落之机出兵往征，迫使其臣服。因此，元朝“招抚”海外诸国，自然要以爪哇为主要目标。忽必烈认为，只要征服了爪哇，“其余小国即当自服”（《元史·亦黑迷失传》）。自唆都派赵玉出使爪哇以后，元朝又多次派出使臣：至元十七年十月，“遣使谕爪哇国”；十八年十一月，“诏谕爪哇国主，使亲来觐”（诏使应即宣慰孟庆元等）；二十三年七月，“遣必剌蛮等使爪哇”（并见《元史·世祖纪》）。爪哇也有使者前来，并曾进金佛塔（同上书至元十九年七月条）。但后来以右丞孟琪为诏使前往，却被爪哇国王黥面逐回，原因可能是胁迫其亲身入朝，激怒了声威正盛的葛达那加剌。
二十九年，忽必烈以爪哇辱逐诏使为由，遣史弼、高兴、亦黑迷失（皆授福建行省平章）率军士二万，海船五百艘往征（后实际出征军仅五千）。十二月，由泉州启航，三十年二月，抵爪哇北岸之杜并足（今厨闽），马步军登岸陆行，水军仍乘舟进，规定在八节涧（今泗水南）会师，盖因其地上接杜马班，下通大海，“乃爪哇咽喉必争之地”。这时，爪哇杜马班朝已于上年（1292）被其葛郎（谏义里）地方长官哈只葛当（即查耶卡旺，1222年亡于杜马班朝的谏义里王室后裔）攻灭，葛达那加剌被杀，其婿土罕必喏耶避居麻喏巴歇（今惹班），收集旧部与葛郎对抗。元军至爪哇，土罕必喏耶即遣其宰相献户籍、地图迎降。三月一日，元军会师八节涧，于此立营，留部分兵力镇海口，然后进兵。土罕必阇耶遣人报告元军统帅说葛郎军来攻其地，请求救援，史弼等即率军赴麻喏巴歇，击退葛郎军。随即分兵三路与土罕必阇耶之军一同进攻葛郎都城答哈，哈只葛当抵抗失败，被迫出阵。四月，土罕必阇耶请求回麻喏巴歇取所藏珍宝入朝贡献，史弼、亦黑迷失轻信其言许之，只派二部将带二百兵丁护送。道中，土罕必阇耶突然袭杀元将卒，并纠集军队夹路攻击从答哈城班师的元军。元军且战且行三百里退到海口，慌忙登舟回国。元朝远征爪哇之役，损兵折将三千余，以失败告终。忽必烈对“爪哇得而复失”很不甘心，竟准备出兵十万再征，称“此事犹痒在心”，可见其征服欲望多么强烈。
爪哇之役曾一度影响了中国与海外各国的贸易往来，如至元二十九年因准备出征，“暂禁两湖、广东、福建商贾航海者”（《元史·世祖纪》）。战后，取消了禁海令，传统关系很快恢复正常。据《元史》本纪，元贞元年（1295）到至顺三年（1332）的38年中，爪哇（土罕必阇耶建立的麻喏巴歇朝）遣使来元达11次，此后则仅至正二十三年（1363）一次，应是顺帝朝本纪记载缺略。至大元年（1308）元朝还遣使臣不达达思送爪哇使归国，致和元年（1328）元帝特诏“优护”爪哇国王扎牙纳哥。爪哇史料也记载，麻喏巴歇高级将领阿迪查哇尔曼曾两次出访中国，当即《元史》所载泰定二年（1325）和至顺三年来元的爪哇国臣昔剌僧迦里也（僧迦剌）。延祐年间（1314—1320），元朝国师曾“附市舶往阇婆国觅藏”。元时，泉州等地商人经常到爪哇贸易，获利甚大，爪哇商船也往来中国、印度贸易，摩洛哥旅行家伊本·拔图塔就是在泉州乘爪哇商船西还的。
元朝与其他南海国家和地区也先后通使。至元十八年（1281）杨庭璧第二次出使俱蓝（详后），次年，其归途顺访苏木都剌（今苏门答腊北部东侧八昔河一带）、那旺（与苏木都剌相邻，今实格里，或谓即《元史》另见之马答国）等国，苏木都剌王土汉八的欢迎元使到来，遣其臣哈散、速里蛮入朝，那旺王忙昂比也遣使从庭璧来元。同年，元又遣阿耽招徕法里剌（又译别里剌、法而剌，今苏门答腊北部东侧兰沙西北）、阿鲁（今苏门答腊东岸巴鲁蒙河口）等国。二十一年，福建行省遣使者八合鲁思招徕南巫里（又译南无力，今苏门答腊西北端哥打拉夜[大亚齐]）、法里剌等四国，均各遣使“以方物奉表来贡”，元朝“封法里剌王为郡王，佩虎符”。二十三年，南巫里、那旺、苏木都剌、丁呵儿（今马来半岛东侧丁加奴）、急兰亦带（又译吉兰丹，在丁呵儿北）等十国“各遣子弟上表来觐，仍贡方物”（以上均见《元史·世祖纪》）。二十九年，亦黑迷失出征爪哇途中，遣郝成、刘渊招抚南巫里、苏木都剌、法里剌、木剌由、毯阳（今苏门答腊东侧塔米阳河一带）等国，皆遣使来元，因暂时禁海，其使者留居大都年余，至三十一年遣还。元贞元年（1295），毯阳、法里剌、阿鲁三国酋长各遣兄或弟“奉金表来觐”（以上见《元史·成宗纪》、《亦里迷失传》）。
至元二十九年元朝遣宣抚使杨祥等入琉求（我国台湾）时，曾有军船到过三屿（今菲律宾吕宋岛），当地人“饷以粮食，馆我将校”；次年，忽必烈打算遣使招三屿，未成行。当时，三屿人经常到泉州贸易，其男子往往在泉州倾资文身，回国后大受尊重，“习俗以其至唐，故贵之也”（《岛夷志略》“三岛”条）。至大元年（1308），元朝还派使者米楫出使苏鲁国（今菲律宾苏禄群岛）。
元朝与南海诸国的通使、通商较南宋有更大发展，《大德南海志》和《岛夷志略》著录了相当多前代未见记载的国家和地区，足证交往的范围更广泛。在前书中，将南海诸“蕃国”分为“小东洋”（指菲律宾群岛及加里曼丹岛）、“大东洋”（指爪哇及其以东诸岛）、“小西洋”（指马来半岛和苏门答腊岛）几个区域，显然是以南海航路为中轴来划分的。这也说明元人的海外地理知识有了很大进步。