宋与蒙古联合攻金
金朝连年侵宋，消耗了大量人力、物力，国势更加衰弱。与此同时，金的背后已兴起了一个强大的蒙古。1211年以后，金连续受到蒙古军的打击，已无力招架。这样，蒙古在1226年灭掉西夏后，于宋绍定五年（1232）12月，遣王檝使宋，提议与宋联合攻金，宋遣邹伸之报聘，议定灭金后以河南土地归宋。
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。
宋宝祐五年（1257）春，蒙哥汗下诏大举侵宋，次年二月，自率西路蒙古军4万号称10万侵蜀，分兵三道。一趋大散关（今陕西宝鸡西南），一趋米仓关（今四川南江北），一趋沔州（今陕西略阳）。蒙哥汗所部一路占城夺地，宋开庆元年（蒙古蒙哥汗九年，1259）正月，进攻合州（今四川合川）钓鱼山（时宋合州徙治于此，山三面临江，依山筑城，守御甚固），宋知州王坚杀蒙招降使者，坚决抵抗。二月，蒙哥汗亲至钓鱼城下督战，王坚抗击，蒙古军连攻五月不克，伤亡很大。七月下旬，蒙哥汗因攻城受伤死于钓鱼山下，蒙古军解围。
蒙哥汗之弟忽必烈率东路军南侵，当年八月才渡淮，入大胜关（今湖北大悟东北），月末进至长江北岸。九月初一日，蒙古西路军所遣使者从合州钓鱼山下到达忽必烈军营，报告蒙哥汗死讯，请忽必烈北归以继承汗位，忽必烈以不可无功而返，决定北归前加紧攻宋以取得重大战果。随后自阳逻堡（今新洲西南）渡江，三道并进，三次击败阻击的宋军后到达南岸，进围鄂州（今武汉），宋军坚守抗击，蒙古军始终未能攻下。
十一月，蒙古军兀良合台部已由云南入广西，破湖南，攻至潭州（今湖南长沙）城下，也遇到宋军的顽强抵抗。
这时蒙古宗室阴谋夺取汗位，情况紧急，忽必烈妻察必遣使于同月下旬驰至忽必烈军中，请忽必烈立即北返以夺汗位。忽必烈随即回驻长江南岸青山矶（今武汉东北），准备渡江北返，却扬言进军南宋首都临安。
时在鄂州督战的南宋右丞相贾似道遣使向忽必烈求和，愿意称臣纳贡、割让长江以北土地。蒙古军出发在即，忽必烈命使臣前往鄂州谈判，并嘱蒙古使见蒙古军旗动即返回随军北归，蒙古使在鄂州城头与宋谈判正在进行，见蒙古军旗动立即签订密约后返回。兀良合台也奉命北归，鄂、潭两州相继解围。
贾似道隐匿私订和议，而妄称战胜蒙古军，鄂州解围，因而有“再造功”，加官晋爵。
次年（宋景定元年，1260）三月初，忽必烈返抵开平（今内蒙古正蓝旗东），蒙古诸大臣劝进，遂即汗位。四月，下即位诏，称帝。并于五月首次建年号中统，遣郝经为国信使来宋告即位，并索取岁币。贾似道怕私自议和的秘密暴露，密令淮东制置使拘留蒙古使郝经等于真州。贾似道既对蒙古、宋双方都进行欺骗，又扣押蒙古使郝经等不遣，也不作防守准备。宋沿边诸将又纷纷无故被扣上莫须有的罪名罢职或下狱死。宋骁将潼川安抚使刘整，以需要边费为蜀帅俞兴所阻，心益疑惧，遂于次年六月降蒙。七月，忽必烈以宋拘禁使臣郝经为背约，下诏侵宋，但忙于镇压内部叛乱，侵宋战事无大进展。