成吉思汗十年(1215),金朝的中都终于被蒙古军攻克,天津跨入了蒙古建立的元朝。入元后的天津仍以海河为界,分属二县管辖。海河以南为清州靖海县,以北为漷州武清县。随着元统治重心的移动,天津在漕运和军事上的地位愈加重要,大大促进了这块地区的发展。
元朝初年,为解决财政困难,曾在天津地区进行过屯田。《元史·兵志》记载,海内统一之后,在全国,从卫到省,都要进行屯田,用以资助军饷。这样天下就没有征集不到的士兵,没有耕种不了的田地了。至大二年(1309),元政府派出汉军十万人在直沽屯田。但是元朝的屯田并未有效延续下去,时隔不久就荒废了。
盐是元朝财政最重要的支柱。《元史·食货志》记载,国家所有的产业,其利益最大的莫过于盐业。传统的海盐产地天津,此时又获得了进一步发展。《元史·食货志》记,大都的盐在太宗丙申年(1236)初在白陵港、三叉沽、大直沽等处设置官署。可知当时直沽既是海漕的终点,又是主要的盐业基地。
对天津地区发展推动最大的,还当属漕运。元朝在金朝对天津漕运发展的基础上,至正二十八年(1291)正月,“罢江淮漕运司,并于海船万户府,由海道漕运”,将天津由原来仅为漕运港口提升至海漕的重要港口。漕运兴起后,直沽一片繁忙。元王懋德《直沽》诗:“极目沧溟浸碧天,蓬莱楼阁远相连。东吴转海输粳稻,一夕潮来集万船。”极写当时直沽之盛。无论是海运还是漕运,运输物资都会有一部分作为商品流入港口市场。《元史》记载,漕运储备的粮食和南来的各项物资,商人水手,都要从直沽到达惠河。所以张翥《蜕庵集》写道:“一日粮船到直沽,吴粟越布满街衢。”成为元代直沽一道亮丽的风景线。
元至元十九年(1282)海漕开通,直沽成为漕运枢纽,为此在大直沽专设了接运厅和临清万户府,并修建了直沽广通仓等粮仓。至元年间(1264—1294)还在大直沽、三岔口分别建了天后宫(东、西庙)。1234年三岔沽一带盐卤涌出,特许高松、谢实等18户在此设灶煮盐;两年后,又专门设立“三岔沽司”“大直沽司”,管理直沽盐场。元延佑三年(1316)在直沽设“海津镇”,命副都指挥使伯颜镇守。经济实力、政治地位的提高使得直沽人口迅速增加,直沽的社会事务也变得日益复杂起来。海津镇的设立,在天津城市发展史上具有里程碑的意义,它不仅是元代重要的军事据点和漕运枢纽,更为天津的城市规划与发展带来了一片曙光。