公元1253年冬天，忽必烈的三路大軍都已抵達大理國邊境。忽必烈的謀士姚樞和劉秉忠向忽必烈進言道：“自古以來，征戰總是先禮後兵，使我軍士氣旺盛，後能一戰而勝，假若能議和，我軍兵不血刃，可以自然進入，如果議和不成，給我軍以交戰之口實，再發兵攻城亦不遲。”於是，忽必烈派遣使臣前往大理國招降。大理國國王一見蒙古軍的英勇，覺得自己抵抗也是徒勞的，於是，同意講和。不過，大理國掌握實權的高祥、高和兄弟主張堅決抵抗。
第二年年初，蒙古軍見大理國的抵抗派仍然頑固堅持，於是發起總攻，大理軍隊哪裏是蒙古軍的對手，不幾日，蒙古軍攻破龍首關（上關），抵抗派首領高和戰死。接著蒙古軍圍攻大理城。破城之日，大理國王和高祥倉皇出逃。
忽必烈進入大理城後，馬上傳令姚樞書寫了十幾份《禁殺令》告示，公布於大街小巷，使戰後的大理城民心安定，秩序井然。接著忽必烈又一鼓作氣親率蒙古軍攻破龍尾關（下關），斬殺了高祥，大理國王免於一死，押往和林，接受蒙哥大汗招安。至此，大理國滅亡，忽必烈也因此積累了人生第一次的赫赫戰功。
忽必烈滅亡大理而建立的戰功，讓他擁有了足以傲視草原群雄的資本，不過，也遭到了部分蒙古諸王和貴族們的嫉妒。於是有關忽必烈的流言此起彼伏。一些大臣在蒙哥麵前挑撥說“忽必烈贏得了中原的人心”，指責“忽必烈王府的人經常擅權，奸利營私”等。說的人多了，蒙哥也對忽必烈產生了猜疑，於是他借口忽必烈剛打完仗、需要休息等，意圖讓忽必烈交出兵權。同時，蒙哥又派近臣阿蘭答爾、劉玉磁等人以核實錢糧稅收之名，對忽必烈進行調查。阿蘭答爾乘機羅列42條罪狀，將忽必烈管轄下的大小官員都列在其中，忽必烈麵臨著人生中一次最嚴重的挑戰，岌岌可危。
忽必烈得知此事後，傷心之餘也頗為驚悸。他對謀臣說：“大汗此次不是調查，而是要針對我，你們看該如何是好！”姚樞等人勸道：“自古木秀於林風必摧之，如今您政績功高蓋世，嫉妒小人必在大汗麵前讒言陷害。事已如此，不如將親屬送往大汗處作為人質，並親自麵見大汗，表示沒有反心，才可避免大汗的懷疑。”忽必烈想想也覺得沒有其他路可以選擇，隻好點頭同意。
幾天後，忽必烈帶著妻子和幾個兒子來到漠北的和林，表明自己並無二誌。這年11月，他又親自去謁見蒙哥。兩人相見之時，蒙哥消除了些許疑慮，這樣，忽必烈以謙恭忍讓保全了自己，避免了一場不測之禍。不過，蒙哥並沒有完全消除對他的懷疑，忽必烈設在陝西等地的機構還是被撤銷，他的兵權也被削去，他也因有足疾為由被勒令回家休養。
至此，忽必烈如果再沒有機會的話，也許他就不會再有後來成為帝王的契機。不過，英雄人物如果有能力的話，早晚都會在曆史的舞台上綻放光彩。就在忽必烈解職閑居期間，一場大規模的攻打南宋王朝的戰爭也在如火如荼地進行著。公元1258年8月，大蒙古國三路大軍包抄南宋王朝。戰爭初始，三路大軍進展頗為順利，但後來東路軍由於紀律渙散而遭到挫折。大汗撤了東路軍主將之職，準備另外挑選新的主將。
忽必烈聽到消息以後，覺得這正是一個天賜良機。於是，立刻寫了一封信派人迅速送到大汗手中。幾天後，大汗任命忽必烈為東路軍主將，要他繼續南向鄂州（今武昌）進發。於是，忽必烈重新走上了曆史的舞台，而且，這一契機更成了他後來登上了大汗之位的關鍵。
忽必烈接到命令後，立刻領兵渡過了淮河，攻占了黃陂，順利來到長江北岸，與鄂州城僅有一江之隔。如果鄂州被克，東路軍的戰役行動就可以順利完成。
然而，正在這關鍵之時，親率西路軍的蒙哥大汗在攻打釣魚城的戰鬥中被石炮擊中，不久便死去。這樣西路軍隻好北撤。接到了蒙哥大汗去世消息的忽必烈，立刻擺起香案，向西邊叩頭表示：一定要拿下鄂州城，為死去的大汗報仇！然而事情的發展變化是難以預料的，當忽必烈在鄂州城下艱苦征戰時，遠在漠北的後方又傳來一個令人震驚的消息，這個消息讓忽必烈立刻放棄攻鄂州，調頭北歸。