為此，蒙哥封親弟弟忽必烈領治漢地（原金國領地），命令忽必烈把駐地南移到上都（今內蒙古正藍旗），同時在原金國土地上實行行省製度。同時在靠近南宋邊境的地區大量興建軍事基地和進行屯田，在四川戰場有沔州基地、益昌基地等，特別是益昌基地，是蒙軍在四川的第一個立足地。蒙軍為了建設它、宋軍為了摧毀它，雙方前後打了四年爭奪戰，最終宋軍失敗，嘉陵江上遊、白水江一帶全部成為蒙軍南下的基地和糧倉。
四川戰場的基地建設，蒙軍主要是靠汪德臣的謀劃和堅持；而荊襄地區，就是靠謀士姚樞的謀劃了。在姚樞的謀劃下，蒙軍設置河南經略司於汴京，專門負責河南地區的屯田，同時駐軍唐州鄧州建設前進基地，又修複了棗陽、光化、均州等地以之作為軍事基地，與南宋的襄樊相對峙。
在兩淮地區，由張柔主持修建了溝通汴京到兩淮的河道，以方便軍糧的運輸，同時又在淮北以北沿線大量屯田，做好進攻的準備。這樣，蒙哥經過幾年建設之後，宋元交界的邊境地帶就成了一道軍事基地和後勤基地的長線，從四川北部直到淮河下遊。
這第一步戰略實現之後，蒙哥便著手實施蒙古的第二步戰略，效法成吉思汗“假道南宋、包抄開封滅金”的戰略，決定遠征大理，通過千裏大迂回“繞道吐蕃（今川、青、藏交界地區）”，對南宋實行戰略包圍。蒙哥汗將這一重要任務交給了忽必烈執行。
公元937年（後晉天福二年），白族首領段思平推翻大義寧國（由唐時的南詔國而來），建立了以白族為主體的大理國，這就是戲劇小說中經常提到的第一代“段王爺”。其都城在今雲南大理，轄今雲南全境、四川西南部及貴州、越南、緬甸各一部。到忽必烈南征時，大理國已經有三百餘年的曆史了。但是到了宋代，大理國勢衰微，末代大理國王段興智，為人善良但懦弱無能，以至大權旁落，由丞相高祥代攝國政，內部矛盾日益激化，趨於分裂。因為一時間將四川地區三十萬蒙軍抽調了二十萬南下，使得四川戰場上的蒙軍無力發動大規模攻擊，並且南征蒙軍因為水土、天氣、密林、疾病、戰爭等因素前後死亡七八萬之多。但從長遠來看，征服大理對整個宋蒙戰場的影響，是有利於蒙軍的。
早在1248年，蒙古大將禿懣便率軍繞出四川宋境，試圖從羌人部落中尋路南下攻擊大理。為了打通南攻大理的道路，禿懣進攻位於今瀘定縣以北的岩州，兵鋒直抵二郎山東側的雅安。這位禿懣乃是蒙哥大汗麾下的一員虎將，生性驍勇，攻城拔地，無堅不摧。此役，見過大世麵的禿懣將軍覺得誌在必得，卻不想自己會在陰溝裏翻船。
麵對連戰連勝的禿懣，南宋朝廷臨事抱佛腳，臨時調集了一支三千人的地方部隊，由楊文率領這支部隊從碉門出發，前往二郎山脈一線抵擋蒙軍東進。這是一場實力懸殊的戰役。蒙軍兵強馬壯，士氣如虹，兵力亦有數萬之眾；而宋軍臨時調集，連遭敗績，以區區三千弱旅抗拒數萬常勝之師，戰鬥的結局似乎猜都猜得到。
可是，曆史偏偏和常理開了個玩笑。在那個冬天，這支弱旅和蒙古大軍會戰於二郎山側的馬鞍山。正所謂“四邊伐鼓雪海湧”，在銀裝素裹的大山之上，戰鼓如雷，聲震九霄，蒙古的馬頭彎刀劃出鋒利的弧線，在雕刻了貔貅圖騰的宋軍銅盾上碰撞出四散的火花。宋兵沒有傻乎乎地去和強敵單挑，而是憑據有利地形，殺傷蒙軍。狹窄的山道上，陡峭的懸崖邊，都變成了他們克敵製勝的天然工事。一連三場大戰，南宋三千兒郎越戰越勇，將蒙古軍一路向西趕，直逼至大渡河邊。禿懣將軍再也笑不出來，隻得做了俘虜。
此一役，乃是蒙古大軍進攻四川後的第一場大敗。禿懣部全軍覆沒，迫使蒙哥大汗南平大理進而包圍南宋的戰略計劃，不得不推遲了數年之久。
當然，忽必烈這次遠征大理是蒙軍主力的南下，而且繞道更遠，非禿懣將軍所能比肩的。1253年夏，忽必烈在大將兀良合台和諸王五十餘人，還有漢族謀臣子聰、姚樞、郝經等人的協助下，駐軍六盤山，準備越過四川和吐蕃地區，南下征服大理。為了順利通過吐蕃地區，忽必烈派人到涼州召請八思巴到六盤山軍營會見，他要求八思巴以吐蕃代表的身份到吐蕃地區攤派兵差，征集財物。八思巴強調吐蕃地區百姓生活貧困，拒絕執行，雙方不歡而散。察必王妃親自出麵斡旋，八思巴同意收納王妃等人為俗家弟子，並同意留在六盤山繼續說法論道。於是察必王妃選擇了二十四個能誠心信佛、遵守教規的人接受了喜金剛法戒，皈依了佛門，並說服忽必烈接受了八思巴為其夫婦舉行的密宗喜金剛灌頂儀式，尊八思巴為上師，八思巴同意協助忽必烈通過吐蕃地區。他一邊派人作向導，一邊寫信給吐蕃各地的領主大德，希望他們為忽必烈南征大理作貢獻。這是吐蕃歸附蒙古汗國之後的一項重大舉措，它為吐蕃正式納入中國版圖起到了重大作用，也是元朝奉藏傳佛教為國教、設立帝師製度的開端。