于是刘秉忠在天宁寺当了和尚，做了虚照的徒弟，法号子聪。其实道士也罢，和尚也罢，对于刘秉忠来说，出家是假，寻求机会出山做官，参与治国理政是真。师徒二人游历山西大同，他看南堂寺是个好地方，就居留了下来。
1242年，高僧海云印简，奉召前往和林漠北王府觐见忽必烈，路过大同，听说刘秉忠博才多学，足智多谋，就邀请一周前往。有机会接近蒙古亲王，刘秉忠自然很高兴地答应了。
忽必烈召见二人，问：“佛法里有没有安天下的办法呢？”海云回答道：“应该在天下大贤硕儒中询问古今治乱兴亡之道。”刘秉忠于书无所不读，尤精于易经，至于天文地理律历，三式六壬遁甲之术，无不精通，他很关心时事政治，论天下形势了如指掌。
忽必烈大为赏识，于是把刘秉忠留在幕府，参与军政大事，命令他还俗，赐名秉忠。和林之行，刘秉忠得遇明主，自此改变了自己的命运，也改变了蒙古帝国的命运。
蒙哥即位后，忽必烈受命在金莲川设置王府，管理漠南地区，广招汉族人才，开始施展“大有为于天下”的抱负。刘秉忠、姚枢等人辅佐忽必烈在金莲川制定了“广招天下英俊，讲论治道”的用人方略及施政方针，藩府旧臣，四方文士，大批有识之士迅速云集到忽必烈的王府，由刘秉忠荐引，他的同学、学生、故交如张文谦、张易、李德辉、刘肃、李简、张耕、马亨、王恂、刘秉恕等人，都是当时的社会精英，先后进入王府，为忽必烈献计献策。
1251年，受封邢州的答剌罕，蒙古贵族称号，向忽必烈提出报告，陈述情况说，邢州连年天灾人祸，百姓逃散，没有多少户人家了，快派有能力的官员来治理吧。刘秉忠与张文谦一起向忽必烈推荐熟悉邢州情况的燕赵名士张耕和刘肃，忽必烈采纳了他们的意见，在邢州设立安抚司，派近侍脱兀脱带张耕和刘肃前往。邢州吏治，是忽必烈潜邸中汉臣的初步贡献，也是刘秉忠向事业成功迈出的第一步。
蒙哥汗六年，1256年，忽必烈为便于统治中原地区，命刘秉忠在恒州东、滦河北岸的龙岗，今内蒙古多伦附近，兴建都城，三年竣工，命名为开平。
1259年蒙哥汗在南伐南宋中战死，忽必烈听从张易计策，抢在其弟阿里不哥行动之前，从武昌出发，带着刘秉忠、姚枢、郝经、廉希宪、阿合马、董文忠兄弟等重要谋士，日夜兼程，轻骑奔回北方。
公元1260年6月4日，忽必烈在开平即大汗位，设开平府，年号“中统”，取“中原正统”中两字，大有囊括天下之意。1264年又改年号为“至元”，取自《易经》中“至哉坤元”的意思。
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