东路蒙古军于宋端平二年六月，由口温不花及察罕等率军南侵江淮。十一月，攻入淮西蕲（今湖北蕲春）、舒（今安徽潜山）、光（今河南潢川）州，在攻真州（今江苏仪征）时，被宋知州邱岳置炮设伏所败后北还。宋嘉熙元年十月，蒙古将口温不花攻击黄州（今属湖北），被宋将孟珙所率援军击败。蒙古军转攻安丰（今安徽霍邱西），宋将杜杲竭力固守，宋池州（今安徽贵池）都统制吕文德率援军突围入城，合力抵御，蒙古军才退走。次年九月，蒙古将察罕率兵号称80万围庐州，新任庐州守将杜杲百计固守，又用炮击并乘胜出击，蒙古军又败走。
宋淳祐元年（1241）11月，窝阔台病死。蒙古争夺汗位的斗争激烈。直至宋淳祐十一年（1251）初，蒙哥继承汗位后，又不断派军向宋进扰。1253年，皇弟忽必烈和大将兀良合台进军云南，攻陷大理。此后，招降吐蕃，控制了西南地区，从西南方面对南宋造成了大包围的形势。
宋宝祐五年（1257）春，蒙哥汗下诏大举侵宋，次年二月，自率西路蒙古军4万号称10万侵蜀，分兵三道。一趋大散关（今陕西宝鸡西南），一趋米仓关（今四川南江北），一趋沔州（今陕西略阳）。蒙哥汗所部一路占城夺地，宋开庆元年（蒙古蒙哥汗九年，1259）正月，进攻合州（今四川合川）钓鱼山（时宋合州徙治于此，山三面临江，依山筑城，守御甚固），宋知州王坚杀蒙招降使者，坚决抵抗。二月，蒙哥汗亲至钓鱼城下督战，王坚抗击，蒙古军连攻五月不克，伤亡很大。七月下旬，蒙哥汗因攻城受伤死于钓鱼山下①，蒙古军解围。
蒙哥汗之弟忽必烈率东路军南侵，当年八月才渡淮，入大胜关（今湖北大悟东北），月末进至长江北岸。九月初一日，蒙古西路军所遣使者从合州钓鱼山下到达忽必烈军营，报告蒙哥汗死讯，请忽必烈北归以继承汗位，忽必烈以不可无功而返，决定北归前加紧攻宋以取得重大战果。随后自阳逻堡（今新洲西南）渡江，三道并进，三次击败阻击的宋军后到达南岸，进围鄂州（今武汉），宋军坚守抗击，蒙古军始终未能攻下。
十一月，蒙古军兀良合台部已由云南入广西，破湖南，攻至潭州（今湖南长沙）城下，也遇到宋军的顽强抵抗。
这时蒙古宗室阴谋夺取汗位，情况紧急，忽必烈妻察必遣使于同月下旬驰至忽必烈军中，请忽必烈立即北返以夺汗位。忽必烈随即回驻长江南岸青山矶（今武汉东北），准备渡江北返，却扬言进军南宋首都临安。
时在鄂州督战的南宋右丞相贾似道遣使向忽必烈求和，愿意称臣纳贡、割让长江以北土地。蒙古军出发在即，忽必烈命使臣前往鄂州谈判，并嘱蒙古使见蒙古军旗动即返回随军北归，蒙古使在鄂州城头与宋谈判正在进行，见蒙古军旗动立即签订密约后返回。兀良合台也奉命北归，鄂、潭两州相继解围。
贾似道隐匿私订和议，而妄称战胜蒙古军，鄂州解围，因而有“再造功”，加官晋爵。
次年（宋景定元年，1260）三月初，忽必烈返抵开平（今内蒙古正蓝旗东），蒙古诸大臣劝进，遂即汗位。四月，下即位诏，称帝。并于五月首次建年号中统，遣郝经为国信使来宋告即位，并索取岁币。贾似道怕私自议和的秘密暴露，密令淮东制置使拘留蒙古使郝经等于真州。贾似道既对蒙古、宋双方都进行欺骗，又扣押蒙古使郝经等不遣，也不作防守准备。宋沿边诸将又纷纷无故被扣上莫须有的罪名罢职或下狱死。宋骁将潼川安抚使刘整，以需要边费为蜀帅俞兴所阻，心益疑惧，遂于次年六月降蒙。七月，忽必烈以宋拘禁使臣郝经为背约，下诏侵宋，但忙于镇压内部叛乱，侵宋战事无大进展。
