忽必烈平定雲南後，回到中原地區自己的封地。他在封地內重用漢臣，實行漢法，這些做法與代表遊牧經濟利益的蒙哥發生了矛盾。1257年，蒙哥對忽必烈手下的漢臣進行了清洗，一些漢臣被殺死，並迫使忽必烈交出了邢州、河南、陝西三地區的權力，撤銷了三司。不過蒙哥沒有殺忽必烈，隻是解除了忽必烈的兵權，勒令他在家休息養病。不久又恢複了忽必烈的指揮權，要他帶兵從江淮攻宋。1258年，蒙哥親自統兵征宋，七月進發，1259年進入合州，圍攻釣魚城，連攻五個多月，損兵折將。一來暑氣太盛，二來在攻取釣魚城時蒙哥中箭，箭傷複發，蒙哥病死。蒙古軍撤圍北還，至此蒙宋戰爭告一段落。
名家回眸
對於貴由，史學家們是這樣評價的：具有祖父成吉思汗有仇必報的性格，卻沒有祖父成吉思汗那樣的政治頭腦，可以說是一個平庸的君主。他的統治既短暫又沒有什麼政績。拖雷的長子蒙哥登基後，對 窩闊台係與察合台係進行了鎮壓。而且針對窩闊台統治末期政治的混亂進行了改革，但是並沒有達到什麼成效。不過在蒙哥統治時期，軍事上的擴張還是卓有成效的。
旭烈兀西征
開始於1252年的旭烈兀西征，是蒙古帝國最後一次大規模的西征。這次西征主要是征服亦思馬因派宗教王國、巴格達和敘利亞。
蒙哥即位後，決定派遣其弟旭烈兀率大軍征討木剌夷國和報達，命諸王各從所屬軍隊中每十人簽調二人，由子弟率領從征，又從漢地簽發炮手、火箭手千人，由著名攻城能手郭侃率領，隨軍出征；鎮戍波斯的拜住軍、怯失迷兒（今克什米爾）的塔亦兒拔都軍亦聽旭烈兀調遣，命阿姆河行省代應軍需。1252年七月，先鋒怯的不花率一萬二千人先發；1253年十月，準備工作就緒，旭烈兀離開其斡耳朵，統兵西行。一路徐徐前進，1255年抵達撒麻耳幹。1256年年初，渡過阿姆河，駐冬於速不兒罕之地（巴裏黑之西），然後繼續西行。當時怯的不花軍已圍攻吉兒都怯堡二年，城堡地處擔寒山上，而擔寒山山勢陡峭，矢石不能及，守城軍都是精兵悍卒，蒙古軍屢攻不克。旭烈兀派遣郭侃率領炮手軍前往援助。
六月，旭烈兀經途思至你沙不爾附近，亦思馬因教主魯克奴丁忽兒汗派遣其弟前來請降，旭烈兀令魯克奴丁親自來見，並毀其所踞城堡。魯克奴丁被迫下令吉兒都怯堡守將火者納失兒出降，但自己不願出見，於是旭烈兀親率諸軍四路並進，圍攻魯克奴丁所在的麥門底司堡，架炮轟擊。十一月，魯克奴丁出降，旭烈兀命他遣使諭降仍未攻下的阿剌模忒等城堡，全部燒毀諸城，然後派兵押送他去和林朝見蒙哥，與此同時，下令將俘獲及歸降的亦思馬因人屠殺殆盡。魯克奴丁到達和林，蒙哥不見，命他回波斯，於路上被押送軍兵殺死。
滅掉木剌夷後，旭烈兀於1257年春從可疾雲移駐哈馬丹，做進兵報達的準 備。其時統治報達的是黑衣大食第三十六代哈裏發謨斯塔辛。自10世紀以來，黑衣大食已逐漸衰落，哈裏發僅保有伊斯蘭教領袖和伊斯蘭世界名義上的宗主地位，其轄境僅限於伊剌克阿剌比一地。謨斯塔辛腐敗無能，專事遊樂，掌握朝政的將帥大臣又爭權奪利，大敵當前，君臣、將相之間仍在互相傾軋。九月，旭烈兀遣使致書哈裏發，命其墮毀報達城防，親自來營納款。謨斯塔辛答書意氣傲慢，報達城民又折辱蒙古使臣，於是旭烈兀決定攻打報達。十一月，蒙古軍分兵三路：命拜住軍為右翼，從毛夕裏（今伊拉克摩蘇爾）渡達遏水（今底格裏斯河）進向報達城西，遣不花帖木兒與術赤係諸王軍與拜住所統軍會合；怯的不花等統左翼軍從羅耳境進兵；旭烈兀自統中軍越過伊剌克阿隻迷與伊剌克阿剌經間的雪山，毀乞裏茫沙杭城，進至火勒完。1258年1月，哈裏發軍一部出戰，被消滅；蒙古三路軍均抵報達城郊，旭烈兀駐於城東，拜住軍駐於城西達遏水西岸。
三十日，完成包圍，四麵同時發起猛攻，炮石、火箭齊發，報達東門樓櫓、城牆相繼被擊毀，蒙古軍攻占東麵城牆。二月五日，哈裏發遣其子及官員若幹人奉重幣至旭烈兀營求降，但為時太晚，旭烈兀拒絕接見，下令繼續攻城。十日，哈裏發親率其三子及賽夷教長、法官、貴人等出城投降，旭烈兀命他派人宣諭城中軍民立即棄械出城，可以免死，居民聞命蜂擁出投蒙古軍，但立即盡遭殺戮。十三日，蒙古軍入城，大肆燒殺，這場災難延續了十七天，死者達八十萬人。旭烈兀於十五日攜哈裏發入城，視察其宮殿，命將所藏金寶獻出，然後命人將金寶盛陳於哈裏發之前，令他食金，意在譏諷他多蓄金而不恤士卒，終致亡國。二十日旭烈兀留兵三千戍守報達，然後移營於附近的瓦伽夫村，下令將哈裏發及其長子處死。立國五百餘年的黑衣大食朝至此滅亡。