南宋寶祐九年（公元1261年）二月，蒙哥汗率領蒙古軍渡過雞爪灘（今釣魚城東北雞心石），在城東石子山駐紮。
很快，蒙哥汗親督諸軍攻打釣魚城。
接著，蒙古軍又攻打了一字城牆和鎮西門，都沒有成功。
隨後，蒙古東道軍史天澤也率領部下到達釣魚城，準備參戰。
南宋寶祐九年（公元1261年）三月，蒙古軍連續進攻城東的東新門、奇勝門、鎮西門和小堡等處，但是在南宋守城軍民的頑強抵抗下，全部都失敗了。
一天，蒙古軍想要偷襲城南護國門，結果又失敗了。第二天深夜，蒙古軍攻破城北出奇門至嘉陵江一側的一字城，但是，最終又被王堅率領勇士力戰奪回。對此，宋理宗特意下詔嘉獎和鼓勵合州軍民。
2. 進取之計
由於釣魚城長時間都沒有攻下，蒙哥汗命諸將"議進取之計"。
蒙將術速忽裏建議："蒙古軍長期屯兵於堅城之下是非常不利的，不如將少量軍隊留下困擾宋軍，讓主力軍隊沿長江水陸東下，同忽必烈等軍會師，這樣一舉滅掉南宋的可能性會更大。"
可是，多數蒙將過於驕橫自負，他們主張強攻堅城，認為術速忽裏的話太迂腐。
最終，蒙哥汗沒有聽取術速忽裏的建議，決定繼續攻城。如果當時蒙哥汗聽取了術速忽裏的建議，此後的局麵又會另外的樣子。
蒙古軍大舉攻蜀，南宋不得不對四川采取了大規模的救援行動。然而，增援釣魚城的宋軍被蒙古軍阻撓，一直沒有到達釣魚城下。
即使這樣，被圍攻達數月之久的釣魚城仍然物資充裕，南宋守軍鬥誌高昂。
有一天，南宋守軍將兩尾重15公斤的鮮魚和百餘張蒸麵餅拋給城外蒙古軍，並向蒙古軍投了一封信，信上說蒙古軍就算再守10年，也不可能攻下釣魚城。
事實上，此時的城外蒙古軍由於長時間屯於堅城之下，天氣又非常炎熱，蒙古人本來畏暑惡濕，再加上多數蒙古軍水土不服，軍中出現了暑熱、瘧癘和霍亂等疾病流行，情況非常嚴重。
3.混亂的局勢
南宋寶祐九年（公元1261年）六月初，四川製置副使呂文德率領數萬艘戰船，溯江而上，他們衝破蒙古軍的封鎖，抵達了重慶。
隨後，南宋軍又率千餘艘戰艦沿嘉陵江北上，準備救援合州。當他們到達三槽山西的時候，卻遇到了蒙古軍的阻截。
蒙古軍經略使史天澤分軍為兩翼，跨江側射，並且親自率領舟師順流縱擊，奪得百餘艘宋戰船，並擊退了他們，一直將他們逼退到重慶。
由於當時天氣十分炎熱，再加上軍中瘟病流行，致使其戰鬥力大減。
宋將王堅認為現在的情況對於宋軍來說是一個有利的時機，於是他多次夜襲蒙古軍營地，使得蒙古軍人人驚恐，夜不得安。
一天清晨，蒙古軍前鋒元帥汪德臣率軍突破外城馬軍寨，宋將王堅及副將張鈺率兵頑強抵抗。
天快亮時，突然下起雨來，蒙古軍攻城雲梯又被折斷，在這種情況下，他們隻好撤退。
蒙古軍5個月都沒有攻下釣魚城，於是蒙古軍將領汪德臣單騎到釣魚城下對南宋軍進行勸降，結果被城上飛石擊中，不久死在縉雲山寺廟中。
對此，蒙哥汗大怒，他命蒙古軍在東新門外築台建樓，以此來窺探城內宋軍的虛實，準備同南宋軍展開決戰。
4.蒙哥之死
蒙哥汗親自督軍指揮，不幸中飛石受傷，於是蒙古軍撤圍北還。據相關史料記載，當時多數隨蒙哥汗出征的將領都戰死於釣魚城下，由此可以看出釣魚城之戰的激烈以及蒙古軍損失的嚴重。
對於蒙哥汗的死，現在存在兩種說法。
第一，據《元史》記載，蒙哥汗在六月也患病，在《史集》中更明確說蒙哥汗是得了痢疫，最終死於疾病。
第二，《馬可波羅遊記》和明萬曆《合州誌》等書則稱蒙哥汗是因負傷而死。
對於這兩種說法，至今沒有一個明確的答案。現在比較普遍的觀點認為：蒙哥汗本來就染上輕微的疾病，再加上後來不幸受傷，導致了病情的嚴重，最終身亡。
5.曆史的轉折
蒙哥汗在釣魚城下的敗亡，不僅對中國產生了極其深遠的影響，並且對世界也產生了非常深遠的影響。因此，釣魚城也成為了曆史的轉折點。
首先，釣魚城之戰全麵瓦解了蒙古這場滅宋戰爭，使得南宋延續了20年。
當進攻四川的蒙古軍護送蒙哥汗靈柩北還時，率領東路蒙古軍包圍了鄂州的忽必烈，為了爭奪汗位，也隻好撤軍北返。
此外，從雲南經廣西北上的兀良合台一軍，已經到達潭州（今長沙）城下。因為蒙哥汗已死，他們在忽必烈派來的一支部隊的接應下，也渡過長江北返。
其次，釣魚城之戰緩解了蒙古勢力對歐、亞、非等國的威脅。
當年，蒙哥汗讓他的弟弟旭烈兀發動了第三次西征，旭烈兀先後攻占了現在的伊朗、伊拉克和敘利亞等阿拉伯半島大片土地。
當旭烈兀正打算攻打埃及時，得知了蒙哥汗的死訊，於是，他留下少量蒙古軍繼續征戰，自己則率領大軍東還。結果蒙古軍因寡不敵眾被埃及軍隊打敗，使得蒙古軍始終沒能征服非洲。
從此，蒙古的大規模擴張行動逐漸走向低潮。
最後，釣魚城之戰為忽必烈執掌蒙古政權提供了契機。
蒙哥汗屬於保守主義者，他所施行的帶有濃厚的蒙古部族和西域色彩的政策，不能適應統治廣大中原漢地的需要。
而忽必烈是一位傾慕漢文化的開明之士。他在蒙哥即汗位後，受任掌理漠南漢地，他大力招攬漢族儒士，積極推行漢化政策，取得很大成效。
忽必烈登上大汗寶座後，繼續推行漢化政策，逐漸改變了蒙古軍的濫殺政策。後來釣魚城降元，他沒有執行屠殺釣魚城中所有軍民的遺言，使得蒙古汗國這個邊疆政權轉變為一統中國的封建大王朝--元朝。