戰爭過程
攻滅西遼
金泰和四年(1204年)，乃蠻滅亡後，太陽汗之子屈出律(也稱古失魯克)率少數部衆與篾兒乞部殘部逃至西遼。西遼國，也稱哈剌契丹國，是遼宗王耶律大石於金天會二年(1124年)二月所建，其都城八剌沙袞(別稱虎思斡耳朵，在今吉爾吉斯斯坦托克馬克東南)。至其孫直魯古(也稱直魯克)繼位，怠於政事。屈出律投奔西遼，帝直魯古可憐其父死國亡，遂留他下來。屈出律見直魯古年老怠於政事，遂陰謀篡位，先取得信任，當了駙馬，爾後至葉密立(今新疆額敏東南)、海押立(今哈薩克斯坦巴爾喀什湖東南塔爾迪庫爾幹東)和別夫八里(今新疆吉木薩爾北破城子)境內，號召反攻復國，乃蠻舊衆紛紛來附，實力大增。屈出律乘直魯古秋天出獵之機，以伏兵8000將其擒獲，表面上尊直魯古爲太上皇，屈出律當了西遼皇帝。
元太祖十年(1215年)，成吉思汗攻佔金朝中都(今北京)後，得知屈出律逃至西遼並篡位，篾兒乞部也附屬於他，聚集兵力圖反攻復國。爲解除後顧之憂，成吉思汗回蒙古本土後，於元太祖十二年(1217年)派哲別將軍率2萬騎兵西征屈出律。派長皇子朮赤和速不臺率兵2萬消滅篾兒乞部殘部。
哲別採取政治瓦解與軍事打擊相結合的方略。兵至垂河(今吉爾吉斯斯坦之楚河)，屈出律聞風而逃。哲別向西遼廣泛宣傳信教自由，開放被封清真寺，反覆申明，蒙古軍只抓屈出律，不要任何東西。伊斯蘭教徒紛紛起義，蒙古軍所到之處，伊斯蘭教徒們消滅守軍，大開城門歡迎。哲別宣佈不搶、不燒、不殺三不政策，軍紀嚴明。都城八剌沙袞及嶺北諸城均不戰而下。次年，哲別進軍嶺南。屈出律企圖與哲別軍在可失閤兒(今新疆喀什市北)決戰，但西遼軍士氣已衰，伊斯蘭教徒拒絕戰鬥。哲別軍未至，屈出律即棄可失閤兒西逃，從者僅三人，沿途居民無容納者。哲別緊追不捨，並懸賞緝拿屈出律。
屈出律逃入巴達哈傷境(今塔吉克斯坦與阿富汗交界一帶)河谷中，被獵人捕獲，交哲別處斬。朮赤、速不臺率軍在垂河流域全殲篾兒乞部，於元太祖十三年(1218年)秋班師回國。蒙古人在滅亡西遼後，成吉思汗明確規定，一切宗教都應當受到尊重，不得偏愛，對於各種宗教的教士都應恭敬對待。成吉思汗在西域時就曾廣邀各宗教的教士前來，讓他們闡述各自宗教的教義教理。爲了防止其後代改變他的宗教政策，成吉思汗還把他的規定記人了蒙古法令。
併吞西夏
西夏原與一北方遊牧民族克烈部非常友好。但是統領乞顏部的鐵木真於金泰和三年(1203年)滅了克烈部，使西夏失去了一部份蒙夏間的緩衝。金泰和五年(1205年)，成吉思汗正式入侵西夏，發動第一次徵夏戰並洗劫了夏朝邊疆的一些市鎮。
元太祖元年(1206年)，蒙古帝國正式成立。成吉思汗爲了征服另一個征服王朝——金朝，必須孤立金朝。而孤立金朝的方法就是消滅掉金夏間的聯盟，因此成吉思汗決定先消滅西夏。
元太祖二年(1207年)，成吉思汗發動第二次徵夏之戰，進攻斡羅孩城(今內蒙古烏拉特中後旗西境)，但因西夏軍隊的抗擊而以失敗告終。
元太祖四年(1209年)，蒙古成功佔領了高昌回鶻，這亦使西夏的河西地區失去蒙夏間的緩衝。後來蒙古第三次徵夏，由河西地區開始入侵，攻擊斡羅孩。西夏將領兼襄宗兒子李承禎戰敗，其大將高逸更加被俘。蒙古後來又拿下斡羅孩城，逼近克夷門——都城中興府的最終防線。西夏大將嵬名令公雖然實行伏擊計劃，但仍然敗給蒙古軍隊。因此，都城中興府爲蒙古軍隊所包圍，且夏襄宗求救無門。最後，襄宗唯有給予蒙古大量賠款及接受蒙古“附蒙伐金”的條件，蒙古才接納其求和 [8] 。西夏接受蒙古“附蒙伐金”的條件後，唯有攻擊其原本的盟友——金朝。而這一連串的戰爭持續了逾十年，並大大的削弱了金夏的國力。而因此，西夏的人民亦因勞役導致生活困苦，國家的經濟和生產力亦因勞役而大受影響。軍隊也因長期征戰而十分積弱，且官場政治十分黑暗和腐敗。夏襄宗本人更加昏庸無能，沉醉於酒色之中。而因此，齊王李遵頊得於元太祖六年(1211年)成功發動政變並奪權，爲西夏神宗。但夏神宗亦不爲一明智之帝，仍堅持攻擊金朝。因此，國家變得非常不穩定，民變四起。
元太祖十二年(1217年)，成吉思汗發動第四次徵夏戰，原因爲1216年西夏拒絕協助成吉思汗進行西征。神宗因害怕蒙古大軍，於是逃至靈州，卻令太子李德旺留在都城中興府。李德旺唯有遺使求和。
元太祖十八年(1223年)，夏神宗傳位予李德旺，原因爲神宗不想成爲一位亡國君主。而李德旺就是夏獻宗。經歷了蒙古的入侵，夏朝上下才真正明白蒙古的野心，獻宗便決定再次使用“聯金抗蒙”的政策，再度和金朝結盟。而西夏的策略便是藉蒙古大軍西征期間聯合蒙古周邊各國攻蒙。可惜正在駐守蒙古的大將孛魯發現了西夏的陰謀，便於元太祖十九年(1224年)立刻自東西夏攻擊西夏，併成功拿下西夏的銀州，更加捕獲西夏大將塔海。
元太祖二十年(1225年)，成吉思汗迴歸後便立刻入侵西夏沙洲。西夏只好求和並答應蒙古的要求。
元太祖二十一年(1226年)，成吉思汗再度攻擊西夏，原因爲西夏違反了和約。這次戰爭最終滅掉西夏。領有主力軍的成吉思汗首先拿下兀剌孩城以西的黑水城，後來又擊敗位於賀蘭山的西夏大將阿沙敢不，最後纔到達渾垂山。另一方面，蒙古大將阿答赤率另一支軍隊先後拿下甘州、沙州和肅州等要邑。雖然途中遇到西夏大將和典也怯律的抵抗，要由成吉思汗平定才行，但大致上蒙古的進攻也是順利的。看着蒙古的步步進迫，獻宗因此過度憂慮而死，而帝位只好讓南平王李꾢登上，而夏末帝，亦即西夏最後一位皇帝。元太祖二十一年(1226年)八月，蒙古大軍實行“黃河九渡”，成功佔領應理、夏州等地，並決定圍攻靈州。西夏將領嵬名令公帶領援軍協助抗敵，但最後仍然失敗抵抗蒙古的入侵，更加戰敗身亡。而後，蒙古大軍十分順利地攻佔積石州、西寧等地。直到此時，蒙古大軍只差西夏最後領土——都城中興府仍未失陷。
元太祖二十二年(1227年)，西夏國主李睍投降。同年七月，成吉思汗病逝於寧夏六盤山下的清水縣行宮，由幼子拖雷監國。蒙古帝國滅西夏使金朝失去一盟友之餘，亦使金朝失去西方一緩衝，導致金朝後來的滅亡命運。而蒙古亦因此能夠進一步入侵中原，奠定日後統一中原的根基。
掃滅金國
成吉思汗建國以後，就開始向鄰境發動掠奪性戰爭。1205年、1207年和1209年三次攻入西夏，迫使夏國稱臣納貢。西夏既降，接着全力攻打金朝。
元太祖六年(1211年)，成吉思汗統兵攻入金西北路邊牆，取昌州(今內蒙古太僕寺旗九連城)、桓州(今內蒙古正藍旗北郊)、撫州(今河北張北)等山後諸州，於野狐嶺(在今河北萬全西北)北擊潰金三十萬守軍，追至澮河堡，殲其大半。
元太祖八年(1213年)，於懷來再滅金軍精銳。因居庸關防守堅固，成吉思汗採用迂迴戰術，率主力從紫荊口入關，進圍中都(今北京)同年，分兵三道南下，破黃河以北數十州縣，大肆殺掠。元太祖九年(1214年)，金宣宗獻公主、金帛請和，乃退駐魚兒濼(今內蒙古克什克騰旗達裏諾爾)。金宣宗南遷汴京(今河南開封)，駐守中都南的絿軍叛金降蒙，蒙古軍再入。元太祖十年(1215年)，攻佔中都，置達魯花赤等官鎮守，成吉思汗退回漠北。
元太祖十二年(1217年)，封木華黎爲太師國王，命統汪古、弘吉剌、亦乞列思、忙兀、兀魯諸部軍以及投降的契丹、女真、絿、漢諸軍，專責經略中原漢地。木華黎逐漸改變以前肆行殺掠、得地不守的作法，着重招降和利用漢族地主武裝攻城略地。自1217至1229年，除先已歸降的永清土豪史秉直父子兄弟等外，易州(今河北易縣)張柔、東平嚴實、濟南張榮、益都李全等地方武裝頭目相繼降蒙，兩河、山東大部分地區爲蒙古所佔。蒙古對各地歸降的官僚、軍閥，多沿用金朝官稱，授以元帥、行省等官銜，使世襲其職，在其所獻地繼續統軍管民，稱爲世侯。
監國三年(1229年)，成吉思汗的三子窩闊臺即汗位。他率蒙古軍隊從南宋的統治區內通過，繞過金朝的軍事重鎮潼關，一舉攻佔了汴京。元太宗六年(1234年)，南宋和蒙古聯軍攻破蔡州，金朝滅亡。蒙古貴族佔領了黃河流域，金滅亡後，蒙宋戰爭揭開了序幕。
囊括中亞
12世紀末到13世紀初，花剌子模先後西滅塞爾柱王朝，東敗西遼，稱雄於中亞、波斯(今伊朗)。國王摩訶末聞大蒙古國強盛，遣商隊和使者探聽軍情。元太祖十三年(1218年)，成吉思汗亦派商隊赴花剌子模貿易，被其邊城訛答剌(在今錫爾河中游)長官所殺，貨物被奪;遣使責問，又遭辱殺。元太祖十四年(1219年)秋，成吉思汗以復仇爲名，親統約20萬大軍攻入花剌子模，兵分四路：一路攻取訛答剌城，一路南取忽氈(今塔吉克斯坦列寧納巴德)及錫爾河上游諸地，一路北上取氈的及錫爾河下游諸地，成吉思汗自率一路徑取其腹地大城布哈拉(今屬烏茲別克斯坦)。花剌子模有軍40萬左右，摩訶末懼怕集中兵力抗蒙會導致軍事貴族篡權，遂命各部分守城堡，結果被蒙古軍各個擊破。次年春，蒙古諸軍合圍其新都撒馬爾罕，城民出降。摩訶末已先期逃遁，成吉思汗派先鋒速不臺、哲別等率精騎3萬追擊。摩訶末逃至寬田吉思海(今裏海)中小島上，不久病死，其子札蘭丁繼位。
成吉思汗佔領撒馬爾罕後，命子朮赤、察合臺、窩闊臺合取花剌子模舊都玉龍傑赤(今烏茲別克斯坦庫尼亞·烏爾根奇)，自與幼子拖雷略取呼羅珊(今阿姆河西南)諸城。冬，成吉思汗攻取阿姆河北岸忒耳迷(今烏茲別克斯坦捷爾梅茲)等城，元太祖十六年(1221年)初渡河而南，諭降巴里黑城(今阿富汗馬紮裏沙里夫西)，進圍要塞塔裏寒(在木爾加布河上游)。拖雷分軍連破馬魯(今土庫曼斯坦馬裏)、你沙不耳(今伊朗內沙布爾)、也裏(今阿富汗赫拉特)等城後回師。秋，合兵攻克塔裏寒。時札蘭丁退守哥疾寧(今加茲尼)，聚軍約9萬北上抵禦，敗蒙古軍於八魯灣川(今查裏卡東北)。成吉思汗得報，率大軍南越大雪山(今興都庫什山)，敗札蘭丁軍，追至申河(印度河)邊，迫札蘭丁渡河逃入印度。元太祖十七年(1222年)春遣兵入印度追捕札蘭丁，不獲而還。秋末，成吉思汗回至撒馬爾罕駐冬，設達魯花赤監治西域諸城，後率主力班師漠北。速不臺、哲別繼續西進和北上，採取締結和約、穩此擊彼之策，先後攻破阿塞拜疆、谷兒只(今格魯吉亞)，越太和嶺(今高加索山)，進攻欽察(裏海、黑海以北之突厥語部族)。
元太祖十八年(1223年)夏，在迦勒迦河一帶擊潰斡羅思(俄羅斯)、欽察聯軍，深入克里米亞，次年經裏海北東還。札蘭丁聞蒙古大軍離去，從印度回波斯重建花剌子模國，中心移至阿塞拜疆。窩闊臺即汗位後，遣將綽兒馬罕率大軍再次征伐，於元太宗三年(1231年)滅花剌子模，並留鎮該地。
佔領東歐
元太宗七年(1235年)，窩闊臺召集諸王大會，決定以朮赤子拔都爲統帥，率皇子貴由、皇侄蒙哥等出征欽察、斡羅思等國，以速不臺爲前鋒主將，史稱"長子西征"。次年秋，諸軍在押亦河(烏拉爾河)會師，速不臺先取亦的勒河(伏爾加河)中游的不裏阿耳國，蒙哥率一軍取欽察。元太宗九年(1237年)秋，諸路蒙古軍入斡羅思，攻陷也烈贊(梁贊)。元太宗十年(1238年)，分兵四出，連破莫斯科、羅斯托夫、弗拉基米爾等十餘城。旋南下略取欽察西部地區，迫忽灘汗逃入馬札兒(今匈牙利)。元太宗十一年(1239年)，蒙哥與貴由率軍進攻太和嶺北麓阿速國，破都城蔑怯思，迫其國主投降。是年冬，拔都長驅直入斡羅思南部，以巨型拋石機破契爾尼科夫等城。
元太宗十二年(1240年)秋，進圍乞瓦(今烏克蘭基輔)，遭該城軍民頑強抵禦，是冬蒙古軍架炮猛攻，克之。繼而西攻伽裏赤國，破其都城，迫該國國王逃入馬札兒。元太宗十三年(1241年)春，拜答兒(察合臺子)、拔都分別率軍攻入孛烈兒(今波蘭)、馬札兒。拜答兒軍在攻陷孛烈兒都城克拉科夫後，進入西里西亞，於裏格尼茨擊潰孛烈兒、捏迷思(日耳曼)聯軍3萬。拔都所部也於撒嶽河畔擊潰馬札兒軍6萬，克其都城馬茶(今布達佩斯)。歐洲諸國聞蒙古軍攻勢迅猛，紛紛備戰自保。蒙古軍一部進至維也納附近的諾伊施達，被奧地利、波希米亞聯兵擊退。冬，拔都率軍過禿納河(多瑙河)，攻陷格蘭城。乃馬真元年(1242年)，拔都得窩闊臺死訊，率諸軍東還，抵亦的勒河下游營地。後來，拔都留此建欽察汗國，以薩萊城(今阿斯特拉罕附近)爲國都。
招降吐蕃
從公元十世紀至十三世紀前半期的三百餘年間，處於分裂中的西藏社會逐步完成了由奴隸制向封建制的過渡。在此過程中，佛教在西藏再度興起，形成寧瑪、噶當、噶舉、薩迦等衆多教派。各地的世俗封建勢力分別與不同教派結合在一起，相互間進行了長期的戰爭，給西藏人民帶來了巨大的災難。西藏人民迫切希望結束戰亂，實現內部統一。但西藏各教派和世俗封建勢力均沒有力量統一西藏。元朝順應形勢要求，給予實力較強的薩迦派以積極支持，實現了西藏的統一。
十三世紀，元朝實現了包括西藏在內的全國大統一。從此，西藏正式成爲中國領土的一部分，西藏民族成爲祖國大家庭中的重要成員。
征討大理
元憲宗二年(1252年)七月，蒙哥汗命其弟忽必烈征伐大理。老將兀良哈臺速不臺元帥之子總督軍事，士人姚樞、劉秉忠等爲隨行參謀。
雲南
地區早在唐代就由南昭國(烏蠻族，即今彝族人建立的政權)統治。宋時白蠻族(今白族)取得政權，建立了以大理爲都城的大理國。其統治區域包括今雲南、貴州、廣西西部和四川南部，以及緬甸、泰國、老撾的一些地區。主要民族爲彝族和白族，還有摩些(今納西族)、和泥(今哈尼族)、金齒、白夷(今傣族)和與他們雜居的漢族等。此時，大理國事衰微，有些地區的少數民族正在遊離大理國的統治。
同年秋，忽必烈從蒙古揮師南下。翌年夏，忽必烈率軍駐屯六盤山;秋季，部隊通過臨洮(今甘肅臨洮)，取道吐蕃(今四川甘孜藏族自治州地區)，到達忒剌(今四川松潘)。
然後，兵分三路向大理進軍。兀良哈臺率軍由西路晏當(今雲南麗江北部)挺進;諸王抄合、也只烈率東路軍白蠻境(今西昌、會理境)深入;忽必烈帶領中路兵馬，經過大雪山，跨越大渡河，穿行2000餘里，抵達金沙江北岸。忽必烈軍隊分別招降了大理以北400餘里的摩些等部。冬天，西路軍也到此會合，並迅即渡過金沙江。忽必烈派使者前往大理招降。大理國拒絕投降並殺死蒙古使臣。於是，忽必烈與兀良哈臺分兵進攻大理。十二月佔領大理首府太和城(雲南大理府)。大理國主段興智與權臣高祥、高和兄弟棄城逃遁。
忽必烈命姚樞裂帛爲旗，寫上禁止殺戮的命令，大理居民得以保全性命。
他又命姚樞等人搜訪大理國圖書典籍。此時東路軍也已取道吐番到達大理。忽必烈命人追擊高祥兄弟，擒斬於姚州(今雲南姚安)。
元憲宗四年(1254年)春，忽必烈率軍北返，留兀良哈臺戎守大理，並繼續征服未降伏之諸部;任命劉時中爲宣撫使，治理雲南地區。忽必烈復經吐蕃，吐蕃降服，將十三部吐蕃交付八思巴統轄，率軍回關中駐營。
是年秋，兀良哈臺繼續向東追擊段興智，進取善闡(今雲南昆明)，城陷。段興智逃到昆澤(今雲南宜良)，終於被蒙軍擒獲。兀良哈臺遣送段興智等首領去見蒙哥大汗。蒙哥施以懷柔，賜金牌，讓他們回去繼續管理原屬各部。段興智回部後，獻出地圖，並統率本族軍隊。親自爲先鋒，引導兀良哈臺去征服繼續抵抗的各部。蒙古軍經過兩年的激烈征戰，至元憲宗七年(1257年)初，相繼征服了赤禿哥(今貴州西部)、羅羅斯(今四川涼山彝族自治州地區)和白蠻波麗國(今元江一帶)。從此，大理五城的八府四郡之地和大部分烏蠻、白蠻部歸附於大蒙古汗國。兀良哈臺在雲南設置統治機構，管理這一地區的事務。
忽必烈通過武力征服和統一了大理各部，後又設置了郡縣制度，在大理屯田，推廣中原地區較爲先進的生產技術，同時傳播科學與文化，使雲南地區的經濟一時得以快速發展。大理之歸附，其歷史意義更爲深遠，爲中國多民族國家的形成和發展產生了重大作用。
征服西亞
元憲宗二年(1252年)，蒙哥汗繼父祖之志，命弟旭烈兀統兵於次年啓程往攻木剌夷國(亦思馬因派王國，在今裏海南)及阿拔斯王朝(都城報達，即今伊拉克巴格達)。木剌夷國皆山城，易守難攻，蒙古軍先鋒被阻於乞都不堡。元憲宗六年(1256年)夏，旭烈兀率大軍到達，以炮手軍攻之，迫降。旋炮擊麥門底司堡，迫國王魯克奴丁於是冬出降。不久，蒙古軍攻破國都阿剌模忒堡等山城，滅其國，後處死魯克奴丁。
元憲宗七年(1257年)夏，旭烈兀遣使至阿拔斯王朝招降，被其哈里發謨斯塔辛拒絕，遂與拜住、怯的不花率軍分三路進攻報達。次年春，蒙古軍合圍該城，以炮石、火箭破城，殺謨斯塔辛，滅阿拔斯王朝。1259年秋，旭烈兀又分兵三路攻入敘利亞。次年四月，克阿勒波、大馬士革，追擒其國王。後得蒙哥汗死訊，遂班師至波斯，留怯的不花領兵2萬繼續征戰。九月，該部被密昔兒(埃及)軍擊敗。
攻宋戰爭
窩闊臺攻宋之戰
元太宗七年(1235年)，窩闊臺發動了打到多瑙河的第二次西征，同時，以南宋背約爲名，分兵兩路，大舉犯宋，東路主攻襄樊、江淮，西路主攻四川。剛開始，蒙古軍就遭到宋軍的頑強抵抗，軍事進展緩慢，直到第二年纔有所突破，西、東兩路軍分別攻佔了陽平關和襄陽這兩處戰略要地，抵抗的宋軍有些招架不住，蒙古軍開始在湖北沿江集結，準備橫渡長江。宋廷則受到極大震動，派大將孟珙救援。孟珙很快連破蒙古24寨，大敗蒙古軍隊，取得江陵大捷，粉碎了蒙古軍南渡的企圖，從而打破了蒙古軍隊不可戰勝的神話。
此後幾年，宋軍在孟珙率領下與蒙古軍展開了慘烈的拉鋸戰，雙方互有輸贏，難分高下。至元太宗十一年(1239年)，大將杜杲在廬州(今合肥)大敗蒙古東路軍主力，蒙古東路軍傷亡慘重，被迫撤出宋境。而孟珙則進入反攻，連敗蒙古軍隊，收復襄樊諸郡和信陽，基本解除了蒙古大軍在東路對南宋的威脅。同年，主攻四川的蒙古軍隊勢如破竹，進逼三峽，孟珙率部迎敵，至元太宗十二年(1240年)初，大敗西路蒙古軍，取得大埡寨大捷，並收復夔州，兩路圍攻南宋的蒙古軍隊全面受挫。到元太宗十三年(1241年)，蒙古大汗窩闊臺病死，西路蒙古軍隊從四川撤離。至此，長達六年的蒙宋戰爭，以蒙古的失敗而告終，這也是蒙古征服史上遭受的第一次重大挫折。
蒙哥大包圍戰略
元定宗元年(1241年)，蒙古大汗窩闊臺病死後，內部紛爭汗位，大汗之位遲遲不能定，雖然後來窩闊臺的兒子貴由繼承了汗位，也只兩年就死了。在此期間，蒙古軍曾進犯過四川，但被南宋大將餘階擊敗。
元憲宗元年(1251年)，成吉思汗的孫子、拖雷的兒子蒙哥取得蒙古大汗之位，在他穩定了地位以後，就發動了針對西亞和中亞的第三次西征，並着手製訂亡宋計劃。爲避開長江天塹，蒙哥的弟弟忽必烈主張，從甘肅出兵，經川西，滅亡位於雲南一帶的大理國，從而完成對南宋的軍事大包圍，這個計劃最終得到大汗蒙哥的批准。
元憲宗二年(1252年)，忽必烈率10萬大軍開始了滅亡大理國的長途奔襲。
元憲宗四年(1254年)，忽必烈俘獲大理國末代君主段興智，大理國滅亡，蒙古完成了對南宋的軍事大包圍。
蒙哥攻宋之戰
第一次蒙宋戰爭結束後，抗蒙名將孟珙、杜杲相繼病逝，實乃南宋一大損失。而蒙古在完成了對南宋的大包圍後，於元憲宗八年(1258年)發動了第二次蒙宋戰爭。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(今武漢)，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是三路軍的主力，開始的時候進展非常順利，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，妄圖攻佔重慶。合州位於重慶北邊門戶，抗蒙名將孟珙曾在這裏經營過，並在合州旁的釣魚山修築堡壘以加強合州的防禦能力。孟珙死後，其部將王堅也不敢怠慢，一直在加強防守，因此，當元憲宗九年(1259年)蒙哥率領的蒙古軍來到合州後，馬上就遇上了挫折，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，只得撤退。
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揹着朝廷前來議和，正中忽必烈下懷，雙方簽定議和協議後，忽必烈便率蒙古軍撤退爭汗位去了。至中統元年(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，但賈似道私自與忽必烈議和，爲以後埋下了禍根。
滅宋歸一
忽必烈早期攻宋之戰
蒙古大汗蒙哥戰死於合州後，他的兩個弟弟忽必烈和阿里不哥爲爭汗位打了起來，中統元年(1260年)，急忙從鄂州前線趕回來的忽必烈和他的弟弟阿里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。
中統三年(1262年)，掌管山東的漢族軍閥李檀又起兵反叛，並與南宋取得聯繫，蒙古局勢一時非常混亂。蒙古內亂本來是南宋的好機會，可是南宋奸臣賈似道本是市井一混混，憑藉外戚身份，竟位極人臣，專橫跋扈。在鄂州前線，本來忽必烈急於回蒙古爭汗位，南宋是掌握主動權的，而賈似道竟私自與忽必烈簽定對南宋極其不利的和約。回臨安後，其又編造打敗忽必烈的謊言，更博得皇帝的信任。抗蒙名將向士璧、曹世雄更是被賈似道害死在獄中。而在迫害忠良的同時，賈似道又大肆提拔那些只會阿諛奉承的所謂心腹，用這些庸才來代替被害忠良的位置，從而完成了對南宋軍政各界一次致命的大換血。
攻打襄樊之戰
忽必烈在平定李壇之亂後，於至元元年(1264年)又徹底擊敗阿里不哥，從而結束了蒙古四年的內亂。而反觀南宋，在賈似道一手遮天下，名將被殺，軍政日趨腐朽，於是，忽必烈將滅亡南宋作爲頭等大事。也就在這個時候，南宋四川守將劉整見其他將領被害，爲求自保，率所部向蒙古投降。劉整本爲孟珙部將，深得孟珙所傳，而其所部水師更是精悍，也因此蒙古終於得到了夢寐以求的水師。而後，爲表忠心，劉整又向忽必烈提出了先取襄陽，再攻臨安的亡宋戰略，被忽必烈採納。
至元五年(1268年)，蒙古以阿術爲主將、劉整爲副將率領蒙古軍隊和降蒙的南宋水師攻打襄樊，襄樊保衛戰拉開序幕。 襄樊自1239年被孟珙收復以來，一直被南宋苦心經營，城防相當堅固，兵多糧足。蒙古軍開始進攻重點是樊城，用盡各種辦法，都無法破城。
至元八年(1271年)，忽必烈又從四川增兵，襄樊兩城所受壓力越來越大，到至元九年(1272年)，襄樊已被圍五年，糧食已基本耗盡，但兩城軍民依然鬥志昂揚，元兵始終無法破城。同年，南宋大將李庭芝派張貴、張順率3000士兵，攜帶城內急需物資。二張在高頭港集結船隊 ，把船連成方陣，每隻船都安裝火槍、火炮，準備強弓勁弩，張貴在前，張順在後，突入元軍重圍。元軍被殺溺而死者不計其數，宋軍勝利抵達襄陽城中 。當時襄陽被困已有5年之久，二張入援成功，極大的鼓舞了城中軍民的鬥志。
元軍爲儘快攻下襄樊，至元九年(1272年)秋採取了分割圍攻戰術。至元十年(1273年)初，元軍分別從東北、西南方向進攻樊城，忽必烈又派遣回回炮匠至前線，造炮攻城。元軍燒燬了樊 城與襄陽之間的江上浮橋，使襄陽城中援兵無法救援，樊城有全孤立了。劉整率戰艦抵達樊城下面，用回回炮打開樊城西南角，進入城內。南宋守將牛富率軍巷戰，終因寡不敵衆，牛富投火殉職，偏將王福赴火自焚，樊城陷落。襄陽已孤立無援，守將呂文煥向元朝投降，歷時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。
攻陷宋都臨安
至元十一年(1274年)，忽必烈下令20萬元兵自漢江入長江，沿長江東下，一路上南宋將領或者紛紛投降，或者望風而逃，根本組織不起有效的抵抗。
至元十二年(1275年)，元軍攻佔建康(今南京)、鎮江(今屬江蘇)等重鎮後，元世祖忽必烈重新部署滅宋戰爭：命右丞阿里海牙攻湖南，都元帥宋都帶等取江西，以切斷南宋東西聯繫;命中書左丞相阿術攻揚州(今屬江蘇)，阻淮東宋軍南援;命中書右丞相伯顏率元軍主力直取臨安。十月，伯顏於鎮江分兵三路南攻;伯顏與同署行中書省事阿塔海率中路水、步、騎軍向常州(今屬江蘇)、平江(今蘇州)進發，並節制諸軍，會師臨安。宋廷得知常州危急，遣淮將張全率兵2000救援，知平江府文天祥也派尹玉、麻士龍等率兵3000隨張全赴援。二十六日，麻士龍等於虞橋(今常州東南)戰死。尹玉部與元軍力戰，殺千餘人，但張全隔河不援，遂敗。尹玉收集殘部500人在五木(虞橋東)與元軍鏖戰一晝夜，僅數人脫險，餘全部戰死。元右路阿剌罕軍自建康出發，先後克溧水(今屬江蘇)、溧陽，破銀樹、東壩(今高淳東)，俘宋守將趙淮，進至護牙山(今安徽郎溪北)又敗宋援軍，乘勝攻下廣德、四安鎮(今浙江安吉北)等地。左路董文炳軍佔領江陰。宋廷大懼，急徵15歲以上臨安民爲兵，同時從平江調文天祥軍入衛臨安。十一月十六日，伯顏率軍至常州，與阿塔海會兵圍城。招降不應，伯顏令運土築壘與城齊，上置火炮，連攻兩晝夜破城。常州失守，無錫、平江宋守軍不戰而降。
至元十三年(1276年)，元軍兵臨臨安城下，而南宋各地官僚將領只求自保，勤王之師甚少。最終，謝太后帶領小皇帝宋恭宗投降，元軍佔領臨安，南宋氣數已盡。
戰爭結果
南宋方面
南宋恭宗投降後，南宋餘部一直在堅持抵抗，大將李庭芝還在堅守揚州，陸秀夫、張世傑在福州擁立端宗趙昰爲帝，文天祥則在江西一帶發展反元勢力，一度控制了不少城池。
李庭芝在揚州雖遭元軍圍困，但堅持不降，後糧草用盡，於是突圍，想去福州與陸秀夫會師，結果在泰州被元軍打敗。李庭芝雖被俘，仍不投降，最終被元軍殺害。文天祥在江西的壯大引起了元朝的重視，元軍主力南下江西，文天祥不敵，只得退到廣東。後在廣東潮陽被元朝大將張弘範抓獲。雖然元朝百般誘惑和威逼，文天祥至死不降，並寫下“人生自古誰無死，留取丹心照汗青。”這樣千古傳誦的詩句和《正氣歌》這樣的光輝詩篇。最終，文天祥也被殺害了。
在福州的南宋小朝廷，後來不斷南遷，途中小皇帝宋端宗趙昰去世，陸秀夫又立九歲的趙昺爲帝，而南宋小朝廷一直堅持在廣東沿海抗元。至元十六年(1279年)，元軍與宋軍在崖山展開了最後的決戰。混戰幾天後，宋軍不支，張世傑與陸秀夫決定撤退。只是，宋軍的船隊被元軍衝散，陸秀夫不願被俘虜，眼含淚水揹着小皇帝趙昺跳海自殺，此後，殘餘的宋軍、官員及家眷也紛紛跳海殉國，至此，南宋徹底滅亡 。
西線方面
從公元1217年至1258年的近半個世紀中，蒙古帝國以蒙古大汗爲中心，通過三次西征，先後征服了今鹹海以西里海以北的欽察、花剌子摩和東起阿爾泰山西至阿姆河的西遼、畏兀兒，建立察合臺汗國;鄂畢河上游以西至巴爾喀什湖的乃蠻舊地，建立窩闊臺汗國;伏爾加河流域的梁贊、弗拉基米爾、莫斯科、基輔等公國，建立欽察汗國;兩河流域的伊朗、阿富汗、敘利亞，建立伊利汗國，史稱四大汗國。
蒙古西征時集中優勢兵力，如拔都西征就全是長子，窩闊臺認爲“長子出征，則人馬衆多，威勢盛大”。驃悍的蒙古騎兵適合遠距離作戰，戰鬥力相當強大。而封建社會的歐亞各國則是分裂獨立，如俄國當時分裂爲許多小公國，相互爭鬥，不能一致對外，花剌子模雖是大國，但分兵守城，消極防禦，不能集中兵力迎敵。因此，在蒙古軍隊進攻下相繼滅亡。
