金朝灭亡之后，陈、蔡西北之地分属于蒙古，蒙古命刘福为河南道总管。南宋孟珙则率军还屯襄阳、江海还屯信阳、王曼戍守随州、王安国守枣阳、蒋成守光化、杨恢守均州。同时，南宋在各地增加兵力，加强守备，又在唐、邓二州屯田，解决军粮供应问题。
蒙古灭金，俘获甚众。1234年3月，蒙古军自河南北归时，被俘人员中途逃跑的十有七八。太宗窝阔台遂下诏凡是收留逃民以及给予钱粮资助的要灭民家，乡社也被连坐。从此，逃民都不敢住宿民家，大多数都饿死于道路。耶律楚材进奏说：“河南既已平定，百姓也都成为陛下的赤子，即使他们逃走又能到哪儿去呢？为什么只因一个俘虏就牵连死数十百人呢？”窝阔台终于明白，遂解除禁令。
南宋政府按照与蒙古达成的协议，收复黄河以南的地方。6月，命赵范移司黄州，刻日进兵。宋理宗又下诏知庐州全子才集合淮西兵万人赴汴京。蒙古汴京都尉李伯渊等杀主帅崔立，投降宋朝，汴京收复。全子才率军驻扎在汴京后，赵葵自滁州也率淮西军一万五千人攻取泗州，从泗州赴汴京与全子才相会。后又收复了洛阳等一些州郡，但都是一些空城。徐敏子领兵进入洛阳的第二天，军粮就断绝了，不得不采些野菜和在面里做饼吃，士无斗志。
1234年7月，太宗窝阔台与群臣商议说，现在建国已经四十年了，中原、西夏、回鹘、高丽等都已臣服，只剩下东南方的宋朝了。遂命木华黎的孙子、国王塔思（也称查剌温）率军南下，迅速攻取了洛阳，宋军退走。从此，在四川、襄汉、蕲黄、江淮之间，蒙古汗国对南宋展开了全面的军事进攻。南宋方面也做了一些准备，1235年正月下诏：“京湖、四川、两淮的制臣、帅臣，都要训练军队，救济百姓，食粮储备，修缮兵器，经理营屯，控扼险阻，要严加警饬，时刻做好御敌的准备。”
6月，窝阔台汗命皇子阔端、曲出等侵掠蜀汉、江淮等地，又命皇子贵由、皇侄蒙哥、拔都等攻西域；唐古鲁火出等伐高丽。蒙古人中，每甲有一人西征，一人南征。中州（即中原）户每户出一人南征，一人征高丽。7月，蒙古大将口温不花率军侵人唐州，宋将全子才等弃师逃走。赵范率领宋军在上闸一带打败蒙古军，胜利而还。10月，蒙古塔思领兵攻破枣阳，曲出率军攻掠襄阳、邓州等地。随后塔思又引兵攻郢州（今湖北钟祥），郢州濒临汉水，城池坚固，宋军据城死守，塔思见不能攻下，便掳掠而去。
蒙古大将阔端率领另一支蒙古军队入蜀，途经巩昌（甘肃陇西），驻于巩昌城下，金巩昌总帅汪世显举城投降蒙古。阔端命汪世显仍领旧职，率领所部随蒙古军南下侵掠。汪世显遂领兵跨越嘉陵江，进趋大安（陕西宁强西北）。12月，阔端军进入沔州，当时，知州事高稼在沔州葺理创残，招集散亡，多次与蒙古军力战，并且也多有获胜，立下了奇功。但沔州没有城池，无险可守，宋军只好依山为阻，抗拒蒙古军。高稼率军大声鼓噪，并且设置了许多旗帜作为疑兵，不久，蒙古军大至，沔州被攻占，高稼战死。赵彦呐闻听高稼兵败而死，沔州城破，于是进屯青野原。随后蒙古大军包围了青野原。青野原是通往蜀地的咽喉，是双方必争之地。宋将曹友闻也率兵前往声援。夜半时，曹友闻截击蒙古军，遂解其围。继而蒙古先锋将汪世显领兵攻打大安，曹友闻再次领兵救助，军队刚刚部署完毕，蒙古大军数万人就冲上前来，曹友闻冷静迎战，又大败蒙古军。蒙古军退去后，曹友闻领兵进入仙人关（甘肃徽南县）扼守。
1236年2月，窝阔台命应州郭胜、钧州孛术鲁九住、邓州赵祥充先锋军随从皇子阔端南下侵宋。3月，蒙古军进入襄阳。宋驻守襄阳的南北军发生冲突。北军将领王曼、李伯渊等焚烧襄阳城郭仓库，投降蒙古。当时城中官民还有四万多人，仓库中的粮粟大概也有三十万，军器有二十四万，金银盐钞等还不在其中。结果所有这些全部为蒙古军所有。南军大将李虎又乘机劫掠，襄阳为之一空。由岳飞从金军手中收复襄阳以来一百三十年间，生聚繁庶，城池高深，是南宋西部最为富蔗的城市。至此一日之间化为灰烬。4月，蒙古军又攻破随、郢二州以及荆门军（湖北荆门）。8月，蒙古军攻破枣阳军、德安府（湖北安陆）。
9月，宋御前诸军统制曹友闻与蒙古军战于大安军阳平关，友闻及弟曹万战死。蒙古军乘胜长驱入蜀。1月之间，成都、利州（今广元）、潼川（今三台）三路中有五十四个州郡相继陷落，全蜀境内没有遭蒙古兵马蹂践的只有泸、果（南充）、合三州之地和沿长江的夔州一路，在蒙古军大肆掠夺和破坏下，四川境内人民的生计，南宋政府的军政费用等都受到了极其严重的影响。
11月，蒙古口温不花领兵攻人淮西蕲、舒、光三州，三州守臣全部逃遁。口温不花集中三州人马粮械等趋赴黄州，蒙古巡逻骑兵自信阳直奔合肥。宋将赵葵等领兵赴援，防御敌军。
忒木解领蒙古军进攻江陵，宋将孟珙前往救援，大破蒙古军二十四寨，夺回了被蒙古军所俘的二万人而归。
蒙古军察罕部攻真州（江苏仪征），知州丘岳奋力抵抗，设埋伏兵、炮石，袭击敌营，焚烧其庐帐，敌军被迫撤退。
1237年10月，蒙古宗王口温不花，史天泽攻破宋光州（今河南潢川），进兵复州，复州降，进而进攻寿春。史天泽率军独当一面，接连打败南宋守军。口温不花转攻黄州（湖北黄冈），宋将孟珙领兵救援，击退了口温不花军。蒙古军接着攻安丰（安徽寿县南部），南宋杜杲坚决守城，抵御蒙古军的围攻。池州都统制，安丰吕文德率军突袭进入池州，与杜杲合力防御，蒙古兵攻城不下，退走。
1238年2月，蒙古派王檝人临安，与南宋商议岁币之事，要求银绢各二十万。宋大臣史嵩之力主和议，而李勉则反对，他说：“轻易答应其要求，会引起更多的后患。应当遵守原来的约定，然后再比照开禧时期的物价来决定岁币的多少。”并说：“如果力主和议，不但会失去收复的机会，还会退缩。”在南宋朝廷中，和战之议也总是论而不决，直接影响到前线军队的部署和行动。9月，蒙古察罕率领号称八十万大军围攻庐州。蒙古军队在巢湖造舟船，不断侵扰江左。在壕外修筑土城30千米，并且开挖两道壕沟。攻城的器具也都比攻安丰时多出数倍，蒙古军打算如期破城。宋将杜杲竭力守御，蒙古军仍不能进，遂引军而归。
宋将孟珙领兵收复了郢州、荆门及襄阳、樊城等地。盂珙随即上奏说：“收取襄阳不难，而守御则难。”要求朝廷派重兵把守各地，于是以息州、察州投降的人设置忠卫军，以襄阳、郢州投降的人设置先锋军。
1239年6月，蒙古军攻重庆。宋将孟珙派人侦察得知蒙古大将达海等率军号称八十万人南下四川，向重庆进发。孟珙估计他们占据四川后一定要经过施州（今湖北恩施）、黔州（四川彭水、黔江等县地）而进入湖、湘地区。孟珙遂以两千人屯峡州（今宜昌），以一千人扼守归州（湖北秭归），命其弟孟瑛率精兵五千人驻守松滋，声援夔州，又增兵把守归州关隘之处万户谷，蒙古军渡万州（四川达县）湖滩，宋各路守军严密防守，知峡州的孟臻（孟珙兄）率军在归州大垭寨敌迎拒战，大败蒙古军，进而收复夔州。
1241年11月，蒙古太宗窝阔台病死，年56岁，在位13年。太宗死后，皇后乃马真氏称制。由于朝廷内部汗位继承问题发生了纷争，因此，以后的一段时间，蒙古攻宋的战争也没有多大的进展。同月，蒙古达海部汪世显又领兵入蜀，再次进围成都，蒙古军入城后，大肆屠杀城中军民。
1243年2月，蒙古军攻破资州（四川资阳南，内江市以北的沱河流域）。
蒙古军两次入蜀，给四川带来极大破坏，州县所存无几，国用日益窘迫，加之守臣庸腐贪残，将帅各专号令，不相协调，造成民不聊生，到处是荒凉残破的景象。余研出任四川安抚使兼知重庆府以后，大力改革弊政，他采纳了播州（贵州遵义县）人冉琎、冉璞的建议，在境内行军所必经的山险隘口，如钓鱼山、云顶山、青居山、大获山和大梁山等处都因山为垒，修建了军事营寨，加以控扼，并把州治迁徙到这些堡垒中去。这样的一些军事据点星罗棋布，遍于四川境内，有的据守嘉陵江，有的扼守长江，彼此呼应，同时还在成都平原大兴屯田，贮积谷物，教练军旅。他又下令减轻徭役，降低商税，缓解百姓负担，使农业和商业逐渐得以恢复。境内百姓开始有安土之心。
这一年，蒙古察罕命万户张柔总领诸军镇守杞（河南杞县）地，以防止宋军由水路进人中原。
1246年7月，蒙古贵族推窝阔台长子贵由为大汗。当时诸王不服，将谋不轨，正赶上天气不好，雷雨大作，行营周围水深盈尺，诸王遂各散去。10月，贵由命察罕领兵开拓江淮之地。12月，蒙古万户史权等领兵侵掠京湖、江淮之境，进攻虎头关寨。
1248年3月，蒙古大汗贵由病死，年43岁，庙号定宗，皇后海迷失听政。
蒙古自太宗皇后称制以来，法度不一，内外离心，统治集团内部矛盾严重。国内又大旱，河水干涸，野草枯死，牛马死者十有八九。百姓穷苦。
1251年6月，蒙古诸王大臣共推蒙哥继大汗位。蒙哥是拖雷长子，即位后，派皇弟忽必烈总治漠南，军民诸政都归忽必烈统领，开府治于金莲川（内蒙正蓝旗闪电河沿岸）。
1252年6月，蒙哥汗命皇弟拖雷率师征云南。忽必烈统领大军从宁夏经甘肃，8月抵达临洮（甘肃岷县），然后经青海入四川。1253年9月，忽必烈大军进至忒剌（今四川宜宾以西），自忒剌兵分三道，兀良哈台由西道，抄合由东道，忽必烈由中道。10月，蒙古军过大渡河，又经行山谷二千余里，乘革囊渡过金沙江，今昆明大观楼长联中的“元跨革囊”即指此事。11月，忽必烈遣使诏谕大理投降。兀良哈台分兵进攻白蛮，阿塔剌所居寨橱被攻破后，白蛮送款投降。12月，蒙古中道兵进逼大理城下，大理国主段智兴微弱，国家军政大事皆决于高祥，高祥率众逃走。蒙古军入大理城，忽必烈命姚枢搜访图籍，又找到了使者的尸体，忽必烈大怒，要屠杀全城。姚枢和僧子聪（刘秉忠）、张文谦等人进谏说：“杀使者，抗拒命令不投降的只是高祥，而不是百姓的罪过，请宽宥城中百姓。”姚枢撕下一块布帛，作为旗帜，写上止杀之令，到各街道路口向蒙古兵宣布。结果大理的军民得以全活。蒙古兵出龙首关（云南大理北的上关），抓获高祥，行至姚州时将其斩首。
忽必烈班师北归，至其分地京兆，以姚枢为京兆劝农使，教民耕植。留兀良哈台继续攻打大理的其他地方。
1254年正月，蒙古在利州、阆州筑城，建军营，从此蒙古兵在此且耕且守。长期驻扎下来。2月，蒙古攻宋合州（今四川合川东），广农军（今广安北）宋守将王坚、曹世雄等大败蒙古军。
这年春天，蜀中大旱，蒙古诸将以嘉陵江漕舟水涩，想放弃四川，而汪世显之子德臣却说：“国家以蜀事交付给我，只有一死而已，怎么能轻易就放弃呢？”于是他全部杀掉战马慰劳士卒，再率兵袭击嘉川，得粮二千余石。宋云顶山戍将吕远率军五千人截击蒙古军。结果临阵被擒，蒙古军又得粮五千余石。继而鱼关、金牛水陆运输皆至，屯田麦也将有收成，蒙古军食用得以供给。7月，兀良哈台进攻乌蛮，进至罗部府，打败乌蛮酋长高升，蒙古军攻破其都城押赤城（在滇池旁）。蒙古军擒其国王段智兴，大理灭亡，自937年（后晋天福二年）段思平灭大义宁，建立以白蛮为主体的大理政权，统治今云南全境。四川西南部等地。至此，传22主，存在217年。随后，蒙古军进入吐蕃（西藏地区），平定不服从蒙古大汗的贵族。1255年7月，兀良哈台自吐蕃进攻西南夷，全部平定西南夷诸地。
蒙古张柔以连年用兵而两淮粮运困难，奏请据守亳州。蒙哥遂下诏张柔镇亳州，率领山前八军在亳州筑城立营。之后，张柔又修筑甬路北抵汴京，筑堤60千米，修桥15座。10月，张柔在符离（安徽宿县东北），又自亳州而南修筑甬道30千米，在中间建横江堡，又由于路东30千米皆水，便于宋军行船，因此在水中设置栅栏，拦截船只。在沿岸加强骑兵巡逻。这样，蒙古在东部建立了以亳州为中心的防御体系，以防止宋军北上。
1256年，兀良哈台继续领兵征白蛮，其子阿术生擒白蛮骁将，送至阙下，蒙古遂下诏兀良哈台，许以便宜取道与蜀帅汪德臣合兵。兀良哈台率军出乌蛮，渡泸江，攻破秃剌蛮三城，打败宋兵，在马湖江（四川雷波东北）截夺宋军船只二百余艘，遂进兵嘉定（四川乐山）、重庆、抵达合州，渡过蜀江，与汪德臣所统领的蒙古军会师。
1257年6月，兀良哈台平定云南后，奏请在西南夷全部设为郡县，蒙哥答应了他的请求，并加兀良哈台为大元帅，命他还镇大理。9月，蒙哥汗大会诸王百官，决定南侵宋朝。10月，镇守大理的兀良哈台领兵进攻安南，安南国王陈日煚隔洮江布列象阵、步兵迎战，兀良哈台遂兵分三路渡江。安南王败走海上。其后，陈日煚请降，兀良哈台率大军北还。至此，蒙古军已完成了对南宋的战略包围。
1258年2月，蒙哥命阿里不哥居守和林，自己率四万大军号称十万，攻四川。先遣张柔随从忽必烈进攻鄂州（武昌），然后直趋临安；命宗王塔察儿统东路军攻荆襄、两淮地区；又遣兀良哈台自交州（越南北部）、广州会兵于鄂。蒙哥派纽璘率领前军先行，到成都与都元帅阿答胡会兵，先后攻下成都、彭、汉、怀安、绵等州，威、茂诸蕃全部投降。蒙哥又以纽璘为都元帅。4月，蒙哥由东胜（内蒙托克托）渡黄河，进驻六盘山，然后分三路南下。蒙哥由陇州（陕西千阳）赴大散关，诸王木哥由洋州趋米仓道（自陕西汉中县南，沿汉水支流濂水谷道和嘉陵江支流巴江谷道到达四川巴中地区），万户孛里又由潼关去沔州。7月，蒙哥将辎重留在六盘山，率兵由宝鸡攻重贵山，所过辄破。9月，蒙哥军进入汉中。10月，抵达宝峰，入利州（四川广元）。1259年2月，蒙哥率军直抵合州城下。在蒙哥南下深入蜀境的过程中，均遭到了宋军的顽强抵抗，云顶山、大获山、青居山等险要之地的城堡都发挥了阻击蒙军的作用，致使蒙哥主力军进入四川境内后整整一年才到达钓鱼山的合州城。
宋知州王坚力守合州，自2月至6月，合州一直处于蒙古军队的围攻之中。王坚固守力战，蒙哥几次督诸军攻城，都被打退。蒙古前锋将汪德臣选兵乘夜登外城，王坚率兵迎战，天将亮时，德臣单骑前来大声喊道：“王坚！我来就能使你一城军民全都能存活，你应该尽早投降。”话音刚落，差点被飞石所中，受惊吓后，得病而死。当时正值雨季，蒙古军中疾疫流行，死伤极多。攻城时，云梯又多滑折，始终也不能进入该城。7月，蒙哥汗被宋军的飞矢射死，年仅52岁，庙号宪宗。史天泽与群臣奉丧北还，于是合州解围。
