宋与蒙古结盟以后，宋绍定六年（金天兴二年，1233）南宋孟珙出兵攻占邓州（今属河南）、唐州（今唐河）等地，击败金将武仙于淅水（汉水支流，今淅川）。金哀宗逃到蔡州后，八月，蒙古都元帅塔察儿使王檝至襄阳，约宋攻蔡，十月，宋将孟珙帅兵万人，携粮50 万石，与蒙古将塔察儿合兵围蔡州，蒙古军筑长垒围城。时金尽籍民丁守城，括壮健妇女穿男子衣冠，运大石防御。金哀宗试图突围不果，重又守城。金天兴三年（蒙古窝阔台汗六年，宋端平元年）正月，蒙古与宋联军急攻蔡州，蔡州城守危急，金哀宗以自己体肥不便骑马奔逃，于正月初十日（1234 年2 月9 日）传位给族人、东面元帅完颜承麟，是为金末帝。即位仪式刚结束，宋军已攻入南城，金哀宗自缢焚死，蒙古与宋联军攻占蔡州，末帝为乱兵所杀，金亡。

　　南宋收复三京的失败蒙古和南宋合力灭金后，窝阔台汗违背将河南归宋的诺言，只以陈、蔡东南一隅归宋，同时任刘福为河南道总管，南宋朝廷不得已而接受这一改变后退兵，蒙古军主力也北归。南宋一些官员提出乘河南空虚，出兵守黄河、据潼关（今属陕西）、收复三京（东京开封府，今河南开封；西京河南府，今洛阳；南京应天府，今商丘南），乘时收复中原。这种不考虑双方实力，破坏已达成的分界新协议，企图乘虚进占三京，迫使蒙古承认既成事实的提议，遭到不少有识之士的反对，但是宋理宗都听不进去，一意收复三京，以建立不世功勋。

　　宋端平元年（蒙古窝阔台汗六年，1234）六月，金亡刚刚半年，南宋也未经再与蒙古协商，即单方实行收复三京，诏知庐州全子才率淮西兵赴开封，开封蒙古将杀长官崔立降宋。权兵部尚书、荆湖制置使兼淮东制置使赵葵率淮西兵5 万经泗州到开封会师，计划先攻洛阳、潼关。七月，宋军先锋抵达洛阳城下，洛阳守御空虚，民众登城投降，宋军遂入城，次日，粮食已竭。蒙古将速不台急由陕州（今三门峡西）返兵洛阳，击败宋军后续部队，洛阳城中宋军出战，胜负相当，但因缺粮只得退兵。赵葵、全子才所收复的州县，大多只是空城，无兵饷接济，加上蒙古军决开黄河水灌开封，宋军多溺死，余众也相率弃城南还，南宋收复河南的行动终于以失败告终。

　　蒙古侵宋蒙古灭金后，以南宋为用兵的主要对象。宋端平元年十二月，蒙古遣使责问宋破坏盟约出兵河南，作为侵宋的借口。宋也因此进行了部分防御准备。次年正月，南宋孟珙进驻襄阳（今湖北襄樊江南部分），分屯樊城（今襄樊江北部分）、唐、邓间，以防备蒙古军南侵。

　　六月，蒙古决定侵宋，兵分三路大举南侵。

　　七月，西路蒙古军由窝阔台次子阔端统帅侵蜀。十二月，从凤州（今陕西凤县东）取沔州（今略阳），围宋制置使赵彦呐于蜀北咽喉的青野原，宋利州（今四川广元）守将曹友闻往援，击败蒙古军，既而又败蒙古军于大安军（今陕西宁强），遂引兵扼守凤州西南的仙人关。端平三年，蒙古合兵50万攻入汉中，宋军退守由陕入蜀的诸山隘。同年九月，阔端大败宋曹友闻军于大安军的阳平关（今汉中西南），曹友闻牺牲。蒙古兵遂长驱入蜀，一月之间，成都府、利州及潼川（今三台）府三路俱陷。西蜀所存，仅夔州一路，以及潼川府路所属的顺庆府（今四川南充）。蒙古的西路军曾遇到宋军的强烈抵抗，阔端兵进围文州（今甘肃文县），知州事刘锐昼夜拒守，搏战逾月，城破后殉难，军民死者数万人。不久，蒙古皇子曲出死，阔端遂暂退兵。宋嘉熙三年（蒙古窝阔台汗十一年，1239）八月，蒙古将塔海再度率兵入蜀，由蜀取道施（今湖北恩施）、黔（今四川彭水）以达湖湘，宋将孟珙分军屯守湖广西境各要隘，蒙古军不能东出，又败于巴东（今属湖北），宋军遂收复夔州。

　　中路蒙古军于宋端平三年正月南侵，遇到强烈抵抗，但襄阳宋军降蒙。

　　三月，蒙古军陷随（今属湖北）、郢（今钟祥）两州及荆门军（今荆门）。八月，陷枣阳军（今枣阳）、德安府（今安陆）。十一月，蒙古军中路统帅阔出死于军中。蒙古军副帅忒木■攻江陵（今属湖北）时，宋孟珙来救，攻破蒙古军24 砦。宋将孟珙又与蒙古军在信阳（今属河南）和光化军（今湖北丹江口市）展开激战，三战皆胜，遂收复樊城、襄阳。后蒙古将张柔侵宋，也无多大进展。

　　东路蒙古军于宋端平二年六月，由口温不花及察罕等率军南侵江淮。十一月，攻入淮西蕲（今湖北蕲春）、舒（今安徽潜山）、光（今河南潢川）州，在攻真州（今江苏仪征）时，被宋知州邱岳置炮设伏所败后北还。宋嘉熙元年十月，蒙古将口温不花攻击黄州（今属湖北），被宋将孟珙所率援军击败。蒙古军转攻安丰（今安徽霍邱西），宋将杜杲竭力固守，宋池州（今安徽贵池）都统制吕文德率援军突围入城，合力抵御，蒙古军才退走。次年九月，蒙古将察罕率兵号称80 万围庐州，新任庐州守将杜杲百计固守，又用炮击并乘胜出击，蒙古军又败走。

　　宋淳祐元年（1241）11 月，窝阔台病死。蒙古争夺汗位的斗争激烈。直至宋淳祐十一年（1251）初，蒙哥继承汗位后，又不断派军向宋进扰。1253年，皇弟忽必烈和大将兀良合台进军云南，攻陷大理。此后，招降吐蕃，控制了西南地区，从西南方面对南宋造成了大包围的形势。