1251年，拖雷的兒子蒙哥登上蒙古大汗之位，發動了針對西亞和中亞的第三次西征，同時大舉進攻南宋。
為避開長江天塹，采取了迂回包圍戰術。忽必烈率十萬大軍長途奔襲滅了大理國，俘獲大理國末代君主段興智。
此時，南宋已陷入蒙古的軍事大包圍中。不幸的是，南宋抗蒙名將孟珙、杜杲此前相繼病逝。
於是，第二次蒙宋戰爭開始了。
蒙古大軍共分三路：
中路軍由蒙古大汗蒙哥親自率領，南下四川，直撲重慶。
南路軍從雲南出發，經廣西，直撲長沙。
北路軍由忽必烈率領，直撲鄂州，三路軍計劃在鄂州會師，然後順江東進，直取臨安，企圖一舉滅亡南宋。
由大汗蒙哥率領的中路軍一舉攻克了成都，此後宋軍節節敗退，四川大部失守。蒙軍順嘉陵江南下，但在合州遇到了守將王堅的頑強抵抗。
此後，雙方在合州展開了激烈的攻防戰，相持了幾個月，蒙古軍一直不能前進半步，心情焦急的蒙哥親自率兵攻城，被石炮擊中，當晚死在營中，中路軍士氣低落，隻得撤退。
忽必烈率領的北路軍也久攻鄂州不克，而忽必烈又急於回國搶奪汗位，正好南宋權臣賈似道背著朝廷前來議和，正中忽必烈下懷。
1260年，所有入侵南宋的蒙古軍全部撤退，第二次蒙宋戰爭以蒙古大汗蒙哥戰死，三路大軍無功而返告終。
蒙古大汗蒙哥戰死於合州後，他的兩個弟弟忽必烈和阿裏不哥為爭汗位打了起來，1260年，急忙從鄂州前線趕回來的忽必烈和他的弟弟阿裏不哥分別在開平和蒙古國首都和林自稱大汗，雙方因此展開了長達四年的內戰，1262年，掌管山東的漢族軍閥李檀又起兵反叛，並與南宋取得聯係，蒙古局勢一時非常混亂。
天縱英才的忽必烈很快平定了李檀叛亂，於1264年又徹底擊敗阿裏不哥，結束了蒙古長達4年的內亂，又開始對南宋磨刀霍霍。而南宋呢，並沒有利用蒙古內亂之機發展自己，反而在賈似道一手遮天下，忠奸不分，軍政日趨腐敗。這時，發生了件不幸的事，南宋四川守將劉整向蒙古投降，其所部水師自然也歸了蒙古。
1268年，蒙古以阿術為主將，劉整為副將，率領蒙古軍隊和降蒙的南宋水師攻打襄樊，蒙古軍開始進攻重點是樊城，用盡各種辦法，都無法破城，1271年，忽必烈又從四川增兵，襄樊兩城所受壓力越來越大，到1272年，襄樊已被圍五年，糧食已基本耗盡，但兩城軍民依然鬥誌昂揚，元兵始終無法得手。
同年，南宋大將李庭芝派張貴、張順率三千士兵，攜帶城內急需物資，成功突破元兵的包圍，衝進了襄陽，這是五年內第一支進入襄陽的援兵，極大鼓舞了全城軍民的士氣。
此後，襄陽宋軍與外圍的宋軍取得聯係，雙方約好共同夾擊元軍，隻是有叛徒向元兵投降，出賣了這條計劃，致使襄陽宋軍遭到元軍埋伏，損失慘重，再也無力反攻。
1273年，元軍終於攻破了樊城，守將範天順，牛富自殺與城共存亡，襄陽已孤立無援，守將呂文煥向元朝投降，曆時6年的襄樊保衛戰以襄樊失陷而告終，南宋的門戶被徹底打開。
1274年，忽必烈下令元兵自漢江入長江，沿長江東下，一路上南宋將領紛紛投降，到1276年，兵臨臨安城下，謝太後和宋恭宗出城投降，南宋氣數已盡。