蒙哥汗二年（1252 年），蒙哥大汗命令忽必烈率兵远征大理。这是忽必烈总领漠南后承担的第一次重大军事征伐活动。
依照总领漠南军国重事的使命，忽必烈负责经略征伐的目标是整个南部中国。然而，十余年来蒙古军对南宋的进攻，因在江淮和四川遭到顽强抵抗而显得举步维艰。
阔端大王对吐蕃的征伐却连连告捷，乌思藏已逐步划入蒙古军队的控制范围。
远征大理，从西南包抄夹攻南宋控制区长江中游，便成为经略南部中国战略计划重要的组成部分，而且是与征服吐蕃相辅相成的部分。另外，雄居西南三百余年的段氏大理国，此时由于国君段兴智孱弱，大臣高氏专权，国势已走向衰落。
这又是蒙古军发动远征的一个天赐良机。
夏六月时，忽必烈正式授钺专征。
当晚，忽必烈宴请各部属侍从，姚枢趁机给他讲起宋太祖遣曹彬取南唐未尝杀一人的故事。
第二天清晨上路，忽必烈兴奋地在马鞍上向着姚枢大声喊道：“汝昨夕言曹彬不杀者，吾能为之，吾能为之！”
七月，远征大军由漠北杩牙祭旗出发。遵照蒙哥汗的旨意，全军军事由速不台子、大将兀良合台节制管领，忽必烈负责居上统辖。
征云南大军数达十万之多，主要由兀良合台的蒙古千户军、诸王抄合、也只烈所部军、汉军及王府侍从等组成。
随同忽必烈远征的侍从主要有：刘秉忠、姚枢、张文谦、廉希宪、贺仁杰、董文用、董文忠、许国祯、赵秉温、郑鼎、解诚、贾丑妮子、孛儿速等。董文用、董文忠兄弟负责督办粮草，赞襄军务。其兄长董文炳则自率义士四十六人，尾随其后，受到忽必烈的慰劳和褒奖。
忽必烈不令姚枢等侍臣离其左右，临行前还特意把原先姚枢教授皇子真金的
任务，转交给留在北方的窦默。
冬十二月，浩浩荡荡的大军渡过黄河。
第二年春，经原西夏盐、夏二州。夏四月，出萧关，于六盘山驻军。
京兆雩郡县人贺贲修建房屋时从毁坏墙烜中获白金七千五百两，以“殿下新封秦，金出秦地，此天以授殿下”为由，持其中五千两呈献忽必烈以助其军。
某军帅怨贺责不先禀告而直接献银，将贺贲逮捕入狱。忽必烈得知此消息，十分恼怒，下令捕捉该军帅欲杀之，后念其勋旧家世而饶其性命。由此可见，忽必烈对远征大军将帅的生杀予夺有着极高的权力。而主动呈献白金的贺贲，后受到忽必烈任用和提拔，其子贺仁杰也应召进入了忽必烈宿卫。
二十年后一日，忽必烈将贺仁杰召至御榻前，拿出白银五千两，对他说：“此汝父六盘山所献者，闻汝母来，可持以归养”。
贺仁杰推辞不收，忽必烈不允。这足见忽必烈念念不忘臣下旧日之贡献，且能予以适当报偿，体现了他较高的信誉和十足的人情味。
蒙哥汗三年（1253 年）八月，忽必烈率大军至临兆，九月，到达忒剌。
随后，大军兵分三路，兀良合台率西路军，诸王抄合、也只烈率东路军，忽必烈亲自统帅中路军。
四川中南部大部分地区仍被南宋所控制，三路蒙古军队只能从吐蕃东部等人迹罕至的地区绕道而行，一路上艰难跋涉，部队推进缓慢。
途经雪山时，山路曲折盘旋，包括忽必烈在内，都必须“舍骑徒步”。因忽必烈患有足疾，不得不由随从郑鼎等背负而行。遇敌军据险点扼守，郑鼎等奋不顾身，力战而护之，受到忽必烈赐马三匹的奖赏。
十月，蒙军过大渡河，又在山谷中行进二千多里，忽必烈率领的劲骑部队走在队伍最前列。
进人大理境内后，大军行至金沙江畔，忽必烈无限感慨地立在马江边巨石之上，俯视波涛汹涌的金沙江水。许久，经随从提醒，才乘马回归军队。
蒙古军队乘革囊和木筏渡过金沙江，陆续攻下了负固自守的许多砦栅。
冬十二月，忽必烈所率中路军率先包围大理城。兀良合台的西路军也在攻取龙首关后，抵达大理城下。
大理城倚点苍山，傍洱海，依仗得天独厚的天然地理条件，相当坚固，极难
攻克。开始时，忽必烈曾派玉律术、王君候、王鉴三人为使者，劝说大理归降，却都有去无还，音信全无。
大理国王段兴智与权臣高祥背城出战，以失败而告终。忽必烈下令攻城，并亲自登上点苍山临视城中战况。
当夜，大理守军节节溃败，段兴智和高祥率众逃跑。忽必烈命大将也古领兵追击，高祥被擒杀于姚州。
蒙古军入城后，忽必烈说：“城破而我使不出，计必死矣。”遂令姚枢等搜访大理国图籍，搜访时发现了三使者的尸体。
掩埋三使者遗体时，忽必烈又命令姚枢撰文致祭，以表哀思。另各赐民户数十，以抚恤死者家属。
见使者被杀，忽必烈非常愤怒，一度想屠城以泄怒。侍从张文谦、刘秉忠、姚枢等劝谏说：“杀使拒命者，其国主尔，非民之罪”。忽必烈接受了他们的意见，这才免下了一场杀掠。
还让姚枢尽裂所携之帛为帜，书写止杀之令，分插公布于街衢。
如此一来，蒙古军士便都不敢进城抢掠，大理城民众的身家性命及官民财产才得以保全。
公元 1244 年春，忽必烈班师北还，留兀良合台统兵戍守，又以刘时中为宣抚使，继续经略抚治云南。
之后不久，被俘归降的大理国王段兴智面觐蒙哥汗。在其协助之下，蒙古军队较快地征服了云南全境。
忽必烈远征大理的成功，使蒙古国疆域又向西南扩展了一大块，称得上蒙古征服南部中国的一次较大的胜利。
它完成了对南宋的战略性迂回包抄，同时也打开了向南亚、东南亚扩展的通道。
远征大理的成功，使云南“衣被皇朝，同于方夏”，纳入了蒙古王朝的直接统治，加强了云南“新民”与蒙、汉等民族之间的联系，促进了多民族统一国家的发展和壮大。
远征大理的成功，使忽必烈成为蒙古征服东方的大赢家。它不仅使忽必烈在艰苦的征战中经受了剑与火的庄严洗礼，也向黄金家族乃至整个大蒙古国显示了
他卓越的军事征服才能。
这对忽必烈在后来的汗位争夺中能赢得相当多蒙古诸王贵族的拥戴，起到了不可估量的作用。
二十多年后，忽必烈本人对征伐大理之行，一直记忆犹新，异常重视。忽必烈感慨万千地说：“昔从太祖饮水黑河（班朱尼河）者，至今泽及其子若孙。其从征大理者，亦朕之黑河也，安可不录其劳？”忽必烈对当年随从征伐大理的旧臣，都给予了极其丰厚的赏赐。
1304 年，元廷还命令在忽必烈曾经登临俯视大理城中激战的点苍山崖上镌刻“平云南碑”，以纪念半个世纪以前世祖远征大理的伟大功业。
公元 1251 年，蒙哥汗将漠南汉地军国庶事委托忽必烈掌管，忽必烈在姚枢的提醒下，辞去管民权，只掌军权。
然而后来答剌罕昔里吉后裔请求忽必烈帮助他管理封地邢州（今河北邢州），忽必烈推辞不下，便接管了邢州地区民政事务。
翌年，蒙哥汗又把河南地区交给忽必烈试治。公元 1253 年，蒙哥汗大封同姓，让忽必烈在南京、关中两地之中选择其中一块作为封地，忽必烈根据谋士姚枢的建议，挑选了“厥田上上，古名天府陆海”的关中地区。
蒙哥汗以关中地区人户较少，又将怀孟地区加赐于忽必烈。于是，忽必烈一举取得了这三个地区的治民权。
当时，“汉地不治”的现象十分严重。蒙古是一个以游牧经济为主的民族，经济文化发展比较晚，比中原汉地落后许多。
蒙古族初人中原之时，只知游牧经济重要，并不懂得对农业经济进行利用和保护。因而，蒙古兵所到之处，见人就杀，见物就抢，动不动就“屠城”，要把汉族人民赶尽杀绝，军队所到之处，吏卒“以杀为嬉”，“不问老幼妍丑贫富逆顺皆诛之”。
他们这样做也并不奇怪，他们将中原地区弄得一片荒凉，是为了便于其放牧所需。
到窝阔台汗继位时，大臣别迭仍然向窝阔台汗提出建议说：“尽管我们征服了汉人，却毫无所获，汉人对国家没有一点用处，不如将他们去掉，让土地上长起繁茂的青草，好让我们放牧。”很明显，他依然主张继续实行杀掠和变农田为
牧场的政策。
这种做法严重破坏了社会经济的发展，汉化了的契丹人耶律楚材坚决反对此次提议，他对窝阔台说：“陛下要大举南伐金朝，必须有大量军费供应。若把汉人保留下来，让他们进行农业和手工业生产，政府向他们征收地税、商税、盐税、酒税以及铁冶税等，每年可收入银五十万两、帛八万匹、粮食四十余万石，足以供给军事需要，怎能说汉人对国家没用呢？”
窝阔台听耶律楚材所言，依然不太相信地说：“那就请你替我试着去办吧。”
于是，委任他管理中原汉地并征收中原地区的赋税。
耶律楚材受命之后，设立燕京等十路征收课税使，依中原地区生产方式经营管理，成效显著。
后来，窝阔台到云中（今山西大同），耶律楚材将各路征收到的白银和记录各地仓库收藏粮食的帐簿给窝阔台看。窝阔台见到这么多白花花的银子，非常高兴地对耶律楚材说：“你每天都不离我左右，怎么弄来这么多银子和谷物呢？”
没等耶律楚材作出回答，又接着问道：“南国是不是还有你这样的人材？”
耶律楚材回答说：“我在南国算不上什么人材，有许多比我还强的人材。”窝阔台很赞赏耶律楚材的谦逊，当天就把中书省的大印交给了他，委其负责中原汉地之事。
耶律楚材管理中原汉地，颁行税法，初见成效。然而，要使蒙古贵族“下从臣虏之谋，改就亡国之俗”，并不是件容易的事！他们对蒙古旧俗旧制因袭已久，对汉法百般抵制，所以耶律楚材“欲行其所学，戛戛乎其难哉”，其建策“见于设施者，十不能二三”，他的改革计划在这里很难推行。
元太宗六年（1234 年），窝阔台灭金后，以失吉忽秃忽为中州断事官，于燕京设立官署，总领中原汉地行政、法律和赋税等。由此，耶律楚材失去了主管汉地都邑财赋的实权。
公元 1239 年，回回大商人奥都剌合蛮扑买中原汉地课税，以银四十四锭为额，加倍搜刮。窝阔台以其搜刮有道，命其担任提领诸路课税所之官，使其控制了汉地财赋大权，耶律楚材所定税制完全遭到破坏。奥都剌合蛮总领财赋，实际上是大肆搜刮，随意“增办”课税，不仅将扑买所增税额完全转嫁到人民头上，而且额外多取，从中牟取暴利。
元太宗十三年（1241 年），窝阔台又任花剌子模商人牙老瓦赤为中州断事官，赋予更大权力。
脱列哥那称制时期，牙老瓦赤遭排斥去职。奥都剌合蛮以贡献金帛博得脱列哥那欢心，取代了牙老瓦赤中州断事官的职位。
脱列哥那甚至授以御宝空纸，任其随意填写，任意敲榨汉脂民膏。
贵由即位后，杀奥都剌合蛮，重新起用牙老瓦赤主管中原汉地政刑财赋。贵由死后，政局更加混乱不堪，诸王后妃贵族等乘机大肆搜刮，他们“遣使于燕京迤南诸郡，征求货财、弓矢、鞍辔之物，或于西域回鹘索取珠玑，或于海东楼取鹰鹘，马日骑络绎，昼夜不绝，民力益困”。中原汉地在极大程度上遭受到严重破坏。
忽必烈就是在这种形势下受蒙哥汗之任管理漠南汉地军国庶事的。
在金莲川幕府谋士的全力帮助下，忽必烈决心采用“汉法”治理汉地，在较短的时间内效果显著，基本改变了邢州、河南及关中三个地区的面貌。
邢州乃答罕剌昔里吉后裔的封地，地处驿路要冲，其地官府无节制地征敛，使臣往来也随意勒索，人民不堪饥饿与欺辱，相继逃往外地谋生，这里由原来的一万户很快下降到五七百户。答罕剌面对这种形势，一筹莫展。1251 年，听说忽必烈来漠南汉地主持军国庶事，一便立即派遣使者央求忽必烈选任良吏进行抚治。
忽必烈立刻奏准设立邢州安抚司，以脱兀脱和张耕为邢州安抚使、刘肃为邢州商榷使，前往治理。
张耕和刘肃皆主张以“汉法”治理邢州，脱兀脱则勾结被罢黜的旧臣，阻挠新政施行，安抚司长官赵良弼将此事速速告知忽必烈，忽必烈当机立断，罢免了脱兀脱。
于是，张耕、刘肃、赵良弼等人同心协力，兴办铁冶以足公用，造行纸币以加强商品流通。同时黑整顿驿站，修造官舍，申严法禁，使文书钱谷奉行严谨，无所奸欺。
不久，流亡者陆续复归。户口因此增加十倍，“邢乃大治”。邢州行用汉法取得显著成效，这更坚定了忽必烈任用儒生、行用汉法的信心和决心。
河南地区是金末迁都汴京（今河南开封）以后蒙金争夺的主要地区，破坏十
分严重。蒙古灭金后，旧制度被打乱，新的制度却还没有建立起来，人们无章可循，所谓“河南民无依恃，差役急迫，流离者多，军无纪律，暴掠平民，莫敢谁何”。
当时，燕京行省断事官牙老瓦赤和不只儿总领中原财赋，不但不加管理，相反却横征暴敛，与刘福相比，有过之而无不及。然这些官员深得蒙哥信任，控制河南地区的行政和财赋大权，忽必烈也无法进行干预和纠正。
于是，忽必烈特意朝觐蒙哥，请求试治河南地区，并提出不许牙老瓦赤等人干预河南事务。蒙哥稍稍迟疑之后应允了下来。忽必烈取得河南地区治理权后，立即在汴京设置河南经略司，以忙哥、史天泽、杨惟中、赵璧为使，陈纪、杨果为参议，代其治理河南。
史天泽乃燕京永清人，世为当地豪族，后降附蒙古，以真定为基地，建立起一支强大的地方武装。史天泽文韬武略皆全，在当时有很大的影响。
杨惟中为弘州人，少侍太宗窝阔台，后随蒙古军攻宋，从而得名士数十人以及大量图书，于燕京建立太极书院，与儒士赵复、王粹等讲授程朱理学，汉文化水平极高。
公元 1256 年，蒙哥又将怀孟之地补赐予忽必烈，忽必烈令商挺兼治怀孟，打击豪强，积极发展生产。
公元 1260 年，忽必烈又派幕僚覃澄为怀孟路总管。覃澄在当地开渠，引沁水溉田，讲求农桑种植之利，促进了当地农业的有利恢复和发展。
关于邢州、河南、关中三地的治理，姚枢有一段总结性论述，他说：“陛下（忽必烈）天资仁圣，自昔在潜，听圣典，访老成，日讲治道。如刑州、河南、陕西皆不治之甚者，为置安抚、经略、宣抚三使司。其法，选人以居职，颁俸以养廉，去污滥以清政，劝农桑以富民。不及三年，号称大治。诸路之民望陛下之拯己，如赤子之求母。”
忽必烈使用汉法治理汉地取得了很大成效，他不但取得了统治汉地人民的丰富经验，也树立了自己在汉中的威望，其“爱民之誉，好贤之名”迅速在汉地传播开来，汉族儒士相继投靠忽必烈。忽必烈得到了北方汉族地主阶级的极大拥护和支持。
忽必烈受命主持汉地军国事务，由漠北南下爪忽都，仍然保持蒙古入帐居野
处、冬夏迁徙的游牧习惯，过着居无定所的生活。
一般情况下，夏季不出征时驻帐于金莲川，或驻帐于大盘山；冬季则临时寻找避寒之处居住，或在桓州（今内蒙占正蓝旗北），或在离燕京不远的奉圣州之北，有时也在抚州（今河北张北）。
蒙金交战以来，桓州、抚州、昌州等地均遭到极大破坏，居民逃亡，只有昌州还居住着百余户人家。在这种情况下，人们无法定居生活。
而金莲川幕府的大多数人则习惯于以城而居，难以适应“居穹庐，无城壁栋宇，迁就水草无常”的草原游牧生活，因而，他们积极建议修城定居。
忽必烈频繁与汉族士大夫接触，受汉文化影响已极为深刻，也觉得应该有一个比较固定的住处，于是立即答应了汉人幕僚的请求，于 1254 年“复立抚州”，以惠州滦阳人赵炳为抚州长官，对抚州进行修复和整理，充做幕府人员的暂时住所。接着，便着手在驻帐处营建城舍，开始做长期经营的打算。
公元 1256 年，忽必烈令精通术数卜筮的刘秉忠选择合适的地点修建新城。
刘秉忠探察了桓州等草原地区。见桓州之东、滦水北岸的龙冈北依南屏山，南临金莲川，东西都是广阔的草原，地势平坦，适合建城。便告知忽必烈，经过占卜，龙冈地区最吉，最适于建城。
忽必烈听了刘秉忠的话，亲自到龙冈去进行察看，见其地地势平坦，位于蒙古草原南缘，北连朔漠，地处要冲。既便于与和林的大汗进行联系，又有利于对华北和中原汉人地区就近控制，十分符合这个蒙古藩王总领汉地的统治需要，并且也符合他赴和林“会朝展亲，奉贡述职”的需要，因而，忽必烈特别高兴，立即命刘秉忠选择人材负责新城修建。
刘秉忠推荐真定藁城人董文炳、真定获鹿人贾居贞和丰州丰县人谢仲温共同监筑新堀，忽必烈当即批准，令三人即刻走马上任，特令谢仲温“为工部提领”，授权说：“汝但执梃，虽百千人，宁不惧汝耶！”
三人受任之后，全力以赴，精心工作，前后用了三年时间，按照汉人的建筑样式、技术和风格，设计和建造了这座草原城市，后定名为开平，并重新进行扩建。
开平城的兴建，在当时是一个极有影响的重大事件，震动朝野，在民间留下了许多关于忽必烈向龙借地建城的传说。
传说忽必烈向龙借地建城，这当然不足为信，但我们剔除其迷信色彩，仍不难看出当时建城时，可能做了排干积水等大量艰难工作。民夫和工匠们一定克服了重重困难，才使一座崭新的草原城市能够屹立于滦河边上。
开平城“龙岗蟠其阴，滦江经其阳，四山拱卫，佳气葱郁”。当时，新城一定非常之壮观。
开平城建成以后，忽必烈把幕府成员转移到这里，他们在这里讲经传道，向忽必烈灌输儒家思想和介绍历代的统治经验，为他“大有为于天下”出谋划策。
这样一来，开平城成了忽必烈统治汉地的中心，也是他的谋士班子的活动中心，制定政策和汉化的中心。
和林是大蒙古国最初的统治中心，后来忽必烈建立元朝，把都城移到了大都（今北京）。开平城的修建，对于蒙古这个游牧民族从漠北草原游猎经济向中原地区农耕文明过渡，发挥了极为重要的作用。
志向远大、胸怀天下的忽必烈，在一批汉族谋士的佐助下，意识到汉地雄厚富庶的政治经济力量，在整个蒙古地区中占有举足轻重的地位。
基于此，他及时改革蒙古旧俗，主动学习汉法，把自己的统治中心移到汉地，用汉法治理汉地，保证了自己的经济实力，也赢得了汉人的广泛支持，因此声望日高。
但是，随着忽必烈势力和声望的日益提高，特别是忽必烈采用汉法，使那些习惯于随意勒索的蒙古、色目贵族难遂其愿，他们的财路受到严重的影响，因此，他们对忽必烈极端仇视。
于是，在一二五六年，有人到蒙哥汗那里告发忽必烈及其幕府人员。
他们对蒙哥汗说：“忽必烈的王府碍中土心，他们抛弃了蒙古祖宗之法，采用汉法，深得中原汉地知识分子的拥护。汉地人们尊忽必烈为贤王，把他看成是中国之主，并愿意效力于他。”
这些人进一步挑拨道：“他们把忽必烈看成是中国之主，这样的话，大汗您应该往哪儿摆呢？这不明摆着没把您放在眼里吗！”
蒙哥汗对于忽必烈势力的发展及其受到汉地人们的拥护，早有耳闻，但没有想到自己的亲弟弟会威胁自己的汗位。今天听了这些人的挑拨之词，心里为之一动，随着谗言的进一步恶毒和深化，他的心灵有些震颤了，开始有些担心了。
就在蒙哥思绪不定之时，又听有人说：“忽必烈‘王府诸臣多擅权为奸利事’，总是同大汗争夺财权，他们收买了您手下的侍臣塞睦旃，偷偷把大汗国库里的钱财提供给忽必烈。他们在掌管陕西、河南、邢州等地期间，也把应该归属大汗的一些税收擅自送到忽必烈幕府。”
在这些告发忽必烈及其幕府人员的人当中，一类是蒙哥的“宗亲”，另一类是掌握天下财赋的“奸臣”。
他们不仅忌妒忽必烈的声望，更痛恨忽必烈堵住了他们乱收赋税的财路，便喋喋不休地向蒙哥告状。
刚开始，蒙哥并没放在心上，后来听到这些人说忽必烈声望日高会威胁他的汗位时，他的心已被震动，当再听说忽必烈及其幕府人员随便截留他的税赋时，他怒不可遏，立即叫来亲信大臣阿兰答儿、刘太平、囊加台、脱因等人，让他们前往陕西、河南等忽必烈治地，理算（检查核算）钱谷。蒙哥特任阿兰答儿为行省丞相、刘太平为参加政事，授予其生杀大权，以严厉打击忽必烈幕府人员。
阿兰答儿等人到达河南、陕西后，搜罗酷吏组成钩考局，大行钩考。受审查的大多是是忽必烈所创设的陕西宣抚司、河南经略司等机构的大小官员。
阿兰答儿等人把这些人召集起来，向他们宣布一百四十二条条例，然后再逐一进行审查。
同时，大开告讦之风，他们对忽必烈任用的官员，编造罪名，欲置之死地而后快。在他们看来，除了处罚史天泽、刘黑马需要上奏大汗以外，其他官员都可以不经请示大汗，直接处死。
阿兰答儿不仅是这样说的，而且也是这样做的。他们“恣为威酷，盛署械人炽日中，顷刻即死”，随意编造罪名，再进行严刑拷打，当时，陕西宣抚司官吏死于酷刑者就多达 20 余人。
很明显，阿兰答儿等人秉承蒙哥旨意设钩考局的主要目的是为了夺回忽必烈控制的河南、陕西地区的民政和财赋大权，他们迫害幕府人员，以打击忽必烈的势力。当时，幕府人员都看到了这一点，自知凶多吉少，所以人心惶惶。
忽必烈看到蒙哥设置钩考局，以检查财赋为名，打击幕府人员，明白矛头是指向自己的。
但在当时的情况下，忽必烈身为藩王，手中的权力有限，调动军马及粮饷的
大权还掌握在蒙哥汗手里，因此，很难和蒙哥进行直接的较量。这一点忽必烈非常清楚，因此，他异常忧惧，一时拿不定主意。
谋士姚枢见阿兰答儿拷打忽必烈派出去的幕府官员，并一一予以治罪，知道蒙哥对忽必烈不放心，担心忽必烈夺去他的帝位，于是向忽必烈建议说：“大王长期居住在漠南地区，离蒙古本土较远，与蒙古本土的亲人见面时间少，难免会产生疏远，因有人离间，而引起大汗疑忌，这也无可厚非。但大汗是君、是兄，大王是臣、是弟，我们不可能同他计较是非。更进一步说，我们远离本土，时间长了必将受祸。为今之计，倒不如将家口送往汗廷，做在那里长居的打算，实质是留作人质。然后，您再亲自去朝觐蒙哥汗，向大汗请安。这样一来，就可使您和大汗的关系得到改变，大汗对您的猜疑也因此而消释。”
忽必烈正愁无计可施，听完姚枢的一席话，他恍然大悟，立即依计带着妻子女儿亲自去朝觐蒙哥。
这时，蒙哥正打算亲自伐宋，已经渡漠而南，到达河西之地。忽必烈先派使臣请示蒙哥，以表朝觐之意。
蒙哥得知后，极为紧张，以为忽必烈居心叵测，此来必有阴谋，因而没敢答应。忽必烈见兄长对自己猜忌很深，又一次派遣使臣前往。蒙哥汗还是放心不下，就命他将家属辎重留下来，单身入觐。
因此，忽必烈先派人把妻子女儿送到蒙哥处，然后，于当年十一月亲自去朝觐蒙哥。
兄弟俩见面后，一时相当尴尬万分。蒙哥见忽必烈诚心诚意，并没有什么异心，终于动了手足之情，两人相拥而泣。
忽必烈哽咽着欲表明自己绝无二心的心迹，蒙哥“竟不令有所白而止”。
兄弟俩见面后，蒙哥的疑心略释，便决定对忽必烈不再追究，下令停止对河南和陕西地区的钩考，对忽必烈表示宽大。
忽必烈为了表示让步，交出了河南、陕西、邢州等地的全部权力，并调回自己派出的藩府人员，撤消了河南经略司、邢州安抚司、京兆宣抚司及其所属机构。
那时，又有一位“宗亲”建议说：“忽必烈刚刚完成了平定大理的任务，又患了足疾，应该让忽必烈回家休息。”蒙哥虽然和忽必烈见面，表示谅解，但内心的阴影犹存。蒙哥听了这位“宗亲”的话，顺水推舟，对忽必烈表示出关心，
让他在家休息。事实上，这是为收回忽必烈的兵权。
对于兄长的关心和爱护，忽必烈别无选择，只得以疗养足疾为由，回家闲居。
忽必烈身在藩邸，却志在天下，因与大汗的权威发生抵触和矛盾，忽必烈不得不以他的谦恭忍让，才保全了自己，避免了一场灾难。
从表面上看，忽必烈在这场斗争中处于下风，但是，忽必烈经营汉地多年，势力雄厚，所以他并未放弃控制中原汉地的远大志向，正像他对郝经所说的那样，“时未可也”，“可行之时，尔自知之”。在这里，忽必烈正是以退为进，等待时机，以求东山再起。此后不久，机会便来临了。
公元 1256 年春，蒙哥汗在蒙古中部的豁儿豁纳黑主不儿之地举行了忽里台贵族会议。诸王也孙哥、驸马帖里干等建议尽快征伐南宋。蒙哥汗完全同意他们的意见，声称：“我们的父兄们，过去的君主们，无不建功立业，他们攻占过某个地区，在人们中间树立了自己的威望。我也要亲自出征，去攻打南宋”。
第二年，派遣阿蓝答儿南下钩考以及忽必烈总领漠南军国重事权力的解除，更促使蒙哥汗加快了实施亲征南宋的计划。
公元 1258 年二月，蒙哥汗亲率大军渡黄河，由此拉开了亲征南宋的序幕。
这是蒙古第一次大规模征服南宋的军事行动。
对这次亲征南宋，蒙哥汗事先已作了较为周密的部署和安排。他事先已安排幼弟阿里不哥和皇子玉龙答失留守和林。进攻南宋的军队分东、西、南三路。诸王塔察儿率领东路军攻略荆襄。奉命参战的诸王贵族主要有：也孙哥、察忽剌、忽林池、阿勒赤、纳陈驸马、帖里干驸马、怯台、不只儿、忙哥一忽勒察儿、察罕等。蒙哥汗亲率西路军出发，进攻川蜀。奉命参与的诸王贵族主要有：合答黑、秃塔黑、忽失海、阿必失合、纳邻一合丹、合答黑赤薛禅、末哥、阿速带等。另外还有史天泽等汉军，已在巴蜀作战的刘黑马、汪德臣、纽磷等所率军队，也在西路军行列。兀良合台所率的云南蒙古军和蛮焚军一万三千为南路军，进攻路线是经广西、贵州直进潭州（今长沙）。三路军队总数十万有余，试图对南宋实施东、西、南三面的战略围攻。
蒙哥汗还遣使与其他两路军事先约定：1260 年正月在潭州进行会师，而后顺江东下，直取临安。这显然是一次目的在灭亡南宋的战略性大进军行动。
蒙哥汗于 1258 年十月取道汉中抵达利州。在巩昌总帅汪德臣的全力协助下，
蒙哥所率军渡嘉陵江及白水，一举攻取地势险要的苦竹隘。接着沿嘉陵江东下，拔宋潼川府治长宁山城，招降阆州大获城并运山、青居、大良等城。年底，蒙古军顺嘉陵江南下，企图进攻南宋在四川的重要根据地重庆，不料在重庆北一百四十里的钓鱼城遭到前所未有的殊死抵抗。
钓鱼城位于嘉陵江、渠江、涪江交汇之要冲，东、南、北三面临江，西依华莹山，皆是峭壁悬崖，陡然阻绝。自淳祐三年（1243 年）宋朝四川制置使余蚧等在此筑城，钓鱼城便成为屏蔽重庆的军事重镇。
公元 1259 年二月，蒙哥汗扫清外围后，亲自督促蒙古军和汉军对钓鱼城发动强烈攻势。大军首先进攻伸至江边的“一字城”，随后，又轮番进攻东、西、北三面的城门。
因“炮矢不可及”，“梯部不可接”，连续强攻五个月之久，损兵折将，未能破城。守将王坚还一度夜袭蒙古军营寨。蒙哥汗一心欲“乘拉稿势，不弃去而必拔之”。就连为蒙哥汗充当御前先锋的汪德臣，也在攻城时负伤染疾而亡。
七月，蜀川一带暑热难忍，又因周围尸骨累累，军中瘟疫开始流行开来。
拉施德《史集》记述了这段令蒙古人异常沮丧痛苦的历程：“当蒙哥合罕正在围攻上述城堡时，随着夏天的到来和炎热的加剧……在蒙古军中也出现了霍乱，他们中间死了很多人。世界的君主（指蒙哥）用酒来对付霍乱，并坚持饮酒。
但突然（他的）健康状况恶化，病已到了危急之时。”
蒙古军只好暂时停止了对钓鱼城的猛烈进攻，转而向南进攻重庆。而蒙哥汗竟在转移营地的途中，死于金剑山温汤峡（今重庆北温泉）。
蒙哥汗死后，群臣奉丧北还，将其葬于潮匕成吉思汗家族墓地起辇谷。
征川蜀的蒙古军和汉军，除汪总帅与纽磷部外，大部分已北撤至六盘山。蒙哥汗亲征川蜀，却以他本人钓鱼城下猝然身亡而告终。
蒙哥汗进攻钓鱼城的惨败和阵前身亡，表明他不是一位高明而极具才干的军事家。
蒙哥把对南宋的主攻战场错误地确定在利于宋军防御而不利于蒙古军进攻的川蜀地区。之前，掌膳食的宿卫士术速忽里就曾提出建议，不必以全力攻取钓鱼城。应在重庆与钓鱼城之间留戍锐卒五万，牵制两城守军，主力军队可沿江东下，出三峡，逼荆楚。但此建议并未被蒙哥汗所采纳。宿卫士游显也曾劝谏蒙哥
汗放弃亲征川蜀，转而取道大散关东，直临江汉。蒙哥汗竟以“业已至此”而拒绝。忽必烈事后责其：“当时若从此策，东南其足平乎。朕在鄂渚，日望上流之声势耳。”
蒙哥身为蒙古大汗，却亲临前线指挥大军攻城，犯了“万乘之尊”不宜轻动之大忌。他抛弃蒙古军灵活机动的野战长技，违背蒙古骑兵喜寒恶热的生活习性，聚数万之众，冒盛暑，强攻防御坚固且范围有限的钓鱼城，数月而不下，兵老师钝，不改陈规，且不思变通，逞匹夫之勇，以身殉阵，张“千金之弩，为鼷鼠而发”。在成吉思汗诸多子孙中，蒙哥汗的军事才能，不可恭维。
蒙哥汗的猝亡，使蒙古贵族灭亡南宋的战争进程暂时中断了，这客观上延长了南宋王朝的统治时间。
蒙哥汗之死，对于蒙古帝国来说，无疑是莫大的噩耗和灾难，但对一度被解除总领漠南军权的忽必烈来讲，却可以说得上是一福音。它使尚未规范化的蒙古汗位继承问题波澜又起，同时也为忽必烈的重新走上政治舞台和问鼎蒙古国汗位，提供了一个绝好的机会。
依按照蒙哥汗亲征南宋的安排，东路大军由东道蒙古宗王塔察儿（铁木哥·斡赤斤之孙）率领，负责进攻荆襄。据说，塔察儿率领十万铁骑沿汉水攻取襄樊。
围攻襄阳、樊城整整七天，未能攻克。然后又回撤到自己的营地，驻屯下来。
蒙哥汗得知此消息，非常震怒，派使者申斥道：“你们回来时，我要下令狠狠地惩罚你们！”另一名随同蒙哥汗攻蜀的东道宗王忽里黑赤（也孙哥之弟），也派人传话给塔察儿道：“忽必烈合罕曾夺取了那么多城堡，而你们却只带着自己的破烂屁股回来，也就是说你们只忙于吃喝”。
被解除总领漠南军国重事职务的忽必烈，事先接到蒙哥汗的谕旨：“忽必烈合罕患足疾，他已率师远征，平定诸多作乱地区，今可让他留在家中静养。”忽必烈只好遵旨在漠北哈剌温一只敦的帐殿里疗养脚病。
公元 1257 年冬，蒙哥汗度漠南亲征南宋之前，忽必烈曾与其他拖雷系亲王赶至玉龙栈，为汗兄送行，宴会过后，即奉命返回。
忽必烈心里非常清楚：蒙哥汗不喜欢他参与这次南征。因而他难免有些失落。
返回营地以后，近侍、康里人燕真向忽必烈建言：“主上素有疑志，今乘舆远涉危难之地，殿下以皇弟独处安全，可乎？”忽必烈觉得燕真的话不无道理，立即
遣使请求蒙哥汗允准他出征南宋。
蒙哥汗正为塔察儿攻襄樊失败而大发雷霆，出于对东路军统帅难定人选和征伐南宋全局而考虑，他不得不重新起用忽必烈。
于是，蒙哥汗又颁一道新诏旨，旨称：“忽必烈合罕奏告说腿疾已愈，怎能坐视蒙哥合罕出征，而自己家居休息。今可让他率领塔察儿那颜的军队向南家思边境推进”。
忽必烈终于又获得复出南下总兵的机会。
关于忽必烈代替塔察儿统率东路军的数量及构成，拉施德《史集》《忽必烈合汗纪》声称为“一万精兵和数万札忽惕人”；同书《蒙哥合罕纪》又称：“十万军队”。二者比较而言，前者详实可信。所谓“一万精兵”主要指木华黎国王孙霸突鲁所部蒙古军。“数万札忽惕人”，又包括张柔顺天万户和严忠济、严忠嗣东平万户、解诚水军万户及史权真定万户的部分军队等。
蒙哥汗八年（1258 年）十一月，忽必烈由开平出发，大部分藩邸侍从与其随行。次年二月，会诸王于邢州。
五月，忽必烈至濮州（今河南濮阳东），召集东平名士宋子贞、李昶及诸随从侍臣共同讨论对南宋用兵方略及敌我得失优劣。
宋子贞言：“本朝威武有余，仁恩未洽。天下之民，替替失依，所以拒命者，特畏死尔。若投降者不杀，胁从者勿治，则宋之百城，驰檄而下，太平之业，可指日而待也。”
李昶论及用兵，也以伐罪、救民、不嗜杀为对策。
张文谦、刘秉忠及姚枢又多次建言：“王者之兵，有征无战，当一视同仁，不可嗜杀”。忽必烈欣然接受，答复说：“保为卿等守此言！”
郝经也提出，此时伐宋，时机还不够成熟。应简选贤能将相，敦厚宗族，布置列镇，结盟保境，兴文习武，育材恤氓，培植元气，待时而动，方可图取南宋。
商挺则说道：“蜀道险远，瘴疾时作，难必有功，万乘岂宜轻动？”
对郝经不赞成攻宋的建议，忽必烈虽没有采纳，但却亦能优容以待。听罢商挺的言论，忽必烈沉思良久，坚定地回答：“卿言正契吾心”。
此时，忽必烈对南下攻宋的决心是坚定不移的。对蒙哥汗亲率重兵主攻川蜀能否成功，却持保留态度。他或许越来越感到自己所率东路军责任之重大。
七月十二日，忽必烈到达汝南（又作蔡州），与木华黎之孙霸突鲁等所率军队会合。忽必烈命霸突鲁等先行至汉水之畔，准备大军的粮草，并告诫南征军将不可妄自杀戮。
忽必烈又奏请三朝旧臣杨惟中和藩邸侍从郝经担任江淮荆湖南北等路正、副宣抚使，率领归德一带的军队，先行南下，到长江北岸时，设立行台，宣布恩信，招纳降附，约束蒙古、汉军诸将帅。令书记孙贞督促蔡州的军粮。燕京行台官月合乃则奉命留守于汴梁掌管军需愧馕，调运济南盐数百万斤，散于军队所经州郡，以换取粮食。孙贞发现军士犯法，当即绑缚州县有司，上报给忽必烈。而后，由忽必烈下令戮之以示众。如此一来，诸军上下凛然有序，没有人敢违抗军令。
但这里有两点不得不说：一是忽必烈自开平出师到赴汝南调兵遣将，中间花了八个月的时间，行动过于迟缓；二是忽必烈并未西去进攻襄樊，而是从汝南南下，直指江汉。对于前一点，有人推测忽必烈是故意拖延时间，以观川蜀用兵进展状况。不过，忽必烈刚刚恢复总兵，他不会不知道蒙哥汗疑忌尚存。因而，有关忽必烈拖延时间和坐观川蜀的推测，与情理显然不合。企图躲过炎热的夏季，推延至秋季大举进攻，则显得比较现实，并且也容易得到蒙哥汗的谅解。至于不攻襄樊，直趋江汉，正说明了忽必烈在军事上比塔察儿的高明。因为襄樊历来易守难攻，塔察儿已从那里无功而返，不至于重蹈其覆辙。
到达淮河北岸时，忽必烈听到了蒙哥汗猝亡于合州钓鱼城的消息。他急忙与霸突鲁商议，然后说“我们率如此庞大的军队来到这里，怎能因为谣传便无所作为地回去呢？”于是，决定让全军继续南下，忽必烈自己垫后，又派遣蒙古八鲁刺思部斡儿客那颜充前锋，捕杀了南宋军的哨兵，防止他们把蒙哥汗猝死的流言传播出去。
八月十五日，忽必烈率军渡过淮河。二十日，攻入大散关，南宋守军纷纷溃退逃遁。二十一日，抵达黄陂。宋把光山县治所移至台山寨上，忽必烈命千户董文炳、刘思敬前去攻取。刘思敬率先登上寨墙，中流矢受伤。董文炳又亲自到寨下，对守寨部众晓之以理，忽必烈又派廉希宪帮助劝说，守者终于投降。
从将郑鼎乘胜追击，俘获胡知县，却不幸陷入泥潭，且遭伏兵袭击。忽必烈闻讯后，立即召郑鼎返回，又给他三百士兵，以备不测。还告诫郑鼎：“为将当慎重，不可恃勇轻进！自后非奉朕命，毋得轻与敌接”。对攻寨受重伤的刘思敬，
忽必烈又亲自前往慰劳赐酒。
与此同时，张柔奉命进攻南宋五关之首——虎头关，与宋军交战于沙窝，张柔之子张弘彦击败宋朝守军，夺取了虎头关。严忠济、严忠嗣兄弟率军渡淮以后，出挂车岭，与宋兵激战三昼夜，战果卓著，大军进抵蕲州。
忽必烈麾下的东路军，已突破宋军的淮西防线，直逼长江北岸。
九月一日，正当忽必烈准备渡江时，随从蒙哥汗伐蜀的异母弟末哥，从合州钓鱼山派来使者报告蒙哥汗猝亡之讯，并请忽必烈北归以定国家大计。
末哥的母亲是忽必烈的乳娘，因了这层亲密关系，末哥特意派人赶来送信。
蒙哥汗死讯已非谣传，已完全属实。
忽必烈命军队暂时停驻下来，全体将士向蒙哥汗致哀。
蒙哥汗猝亡的噩耗，必然影响到忽必烈的渡江计划。
此时，有人提议立即北返。忽必烈却声称：“吾奉命南来，岂可无功而还？”
忽必烈如此决定，显然是十分明智的。因为所有蒙古人最尊敬的是战场上的英雄。对成吉思汗的继承者来说，定然得有军事征服的光辉业绩。忽必烈好不容易才获得复出总领东路兵的机会，若是如塔察儿那样无功而返，将会在黄金家族中颜面扫地。再者，兀良合台所率南路军奉旨经南宋辖区转战北上，东路军若不及时渡江接应，南路军必有覆灭之危险。在蒙哥汗身亡及西路军无法东进的不利形势下，忽必烈如约渡江，将会收到与之会合的南路军，实力必能壮大，亦会收到提高在蒙古贵族中威望等多重成效。况且，渡江计划及各项准备已大体就绪，渡江已如箭在弦。两天前，先锋茶忽曾呈送给忽必烈自前线截获的一份南宋沿江制置使的榜文。榜文写道：“今夏谍者闻北兵会议，取黄陂民船系筏，由阳罗堡以渡，会于鄂州”。忽必烈看后，说：“此事前所未有，愿如其言”。由于附近没有其他的渡口，只能从阳罗堡渡江。
为了鼓舞士气，忽必烈听从刘秉忠的建议，派近臣忽刺孙前往军中慰劳。于是，军士们人人踊跃，愿为效命，士气极为高涨。
九月三日，忽必烈登上长江北岸距阳罗堡五里的香炉山，俯瞰大江，观察敌情。只见长江自西流来，江北为武湖，湖东便是阳罗堡，堡南为浒黄州（又名白鹿矶）。南宋方面陈兵十万，列舟二千，筑堡于岸边，水陆戒备，并以大船扼江渡，确有横截江面之气势。
观察完敌情后，忽必烈果断决定，于次日早晨开始渡江。是夜，忽必烈命木鲁花赤、张文谦准备船只桨楫，又事先部署好准备专门夺取宋军的两艘大船。
四日黎明，天色阴霾灰暗，风雨交加。诸将都以为无法渡江，忽必烈却十分泰然。董文炳主动请战说：“长江天险，宋所恃以为国，势必死守，不夺之气不可，臣请尝之。”忽必烈拨与敢死士兵近百与大型战舰一艘，并亲自为他们挑选甲胄。
忽必烈严令诸将帅扬旗击鼓，分三路一起进发。恰此时，天气开始转晴。蒙古军竞相争渡，董文炳、董文用兄弟所率敢死士冲前锋，艨艟鼓棹急趋，疾呼奋进，二百艘战船直抵南岸。
宋军前来迎战，鏖战三个回合便溃败下来。习于水性的张荣实，遵照忽必烈的命令，率所部水军乘小船鏖战于北岸，缴获宋军大船二十艘，俘虏二百人，溺死者无数，还斩杀宋军将领吕文信。水军万户解诚及部将朱国宝率领精锐，在大江中流与宋军激战，经十七个回合，终于夺取敌舰千艘，杀溺敌军不可胜数。宋军大败，蒙古军胜利渡江。
前锋张宏在南岸树起“北斗旗”为信号。董文炳使其弟董文用乘小船往江北报捷。忽必烈当时正在香炉山上，急忙策马下山询问战胜状况。并站立于马背上，竖起马鞭向上指着说：“天也！”
接着，忽必烈调动各路军纷纷渡江，又传令：“今夕毋解甲，明日将围城”。
还命令张柔和、严忠济、严忠嗣所率军队自间道赶赴鄂州，参加围城之战。
蒙古军渡江后，忽必烈驻扎于江北岸浒黄州。他果然履行临行前的诺言，颁布了严肃军纪的命令：军士有擅入民家者，以军法处置。凡是俘获人口，全部释放。郝经《青山矶市》诗曰：“渡江不杀降，百姓皆安堵”，此便可为证。对俘虏中的儒士，忽必烈又接受侍臣廉希宪的建议，予以“官钱购遣还家”的特殊优待，所放还江南儒士多达五百余人。
忽必烈曾派王冲道、李宗杰、訾郊三人为使，至鄂州城下谕降，但没有奏效。
数日后，蒙古军正式完成对鄂州城的包围。
忽必烈还在城东北头陀峰上立起五丈高楼，登临亭上，号压云亭，观察城中敌情。
郝经作《压云亭》诗，描绘当时的情景：
重岭绕郭峻，高亭下临鄂。
艨艟断江流，甲骑蹩城脚。
拒命始进攻，铁匝长围合。
顾已无头陀，径欲椎黄鹤。
但是，对鄂州的围攻并不十分顺利。守城宋将张胜软磨硬抗，先以缓兵之计，骗得蒙古军暂时后撤。继而焚烧城外民居，坚城固守。还将自重庆驰援的吕文德所部军接人城中。贾似道、高达等军也分别自汉阳等多方面给予策应和支援。
忽必烈最初有些轻敌，一度以为：“贾似道率兵救鄂，事起仓卒，皆非精锐”。
但实际情况是城内宋军死守，外围竭力救援，蒙古军的进攻严重受阻。
因城墙难以攻破，蒙古军就掘洞而入，宋军则在城上以树栅为夹城而顽抗。
张禧、张弘纲父子等敢死士拼死力战，最先攻破城东南角。张禧还身负重伤。忽必烈见此状后万分焦急，忙派人前往急救。
在攻城百余日不能破的情况之下，忽必烈急召来汉世侯张柔，对张说：“我犹猎者，不能擒圈中豕。野猎以供汝食，汝可破圈而取之。”张柔接到任务，立即命部将何伯祥加紧制造鹅车，并继续在城下掘洞，另行派遣勇敢之士，率先攻城，屡次攻破城墙。
尽管鄂州城守军死伤多达一万三千余人，守将张胜亦于城中战死，然该城攻守之役一直相持不下，忽必烈始终未能完全攻克鄂州城。见贾似道入鄂后，蒙古军屡破东南城墙，宋军以木栅环城，一夕而就，忽必烈也曾发出如此感慨：“吾安得如似道者用之？”在忽必烈渡江攻鄂的同时，兀良合台奉蒙哥汗之命，已自云南经广西辗转攻入湖南。
蒙哥汗九年（1259 年）八月，兀良合台所率蒙古四宗王骑矣三千与蛮焚军一万，先攻克广西衡山塞（今广西田东），沿途转战贵州（今广西贵县）、象州（今广西象州）、柳州（今广西柳州）及静江（今广西桂林）。十月进入湖南，又突破全州（今广西全州）、辰州（今湖南沅陵）、沅州（今湖南芷江）等处宋军的重重堵截，十一月攻至潭州（今湖南长沙）城下，击败湖南安抚使向士璧所部军，开始对长沙发起围攻。
忽必烈渡江后，曾派张柔进攻湖南，派郑鼎袭扰江西诸州，派霸突鲁攻岳州（今湖南岳阳），试图主动接应兀良合台部。霸突鲁所率军一度攻人潭州境内，
因兀良合台军尚未到达，只得于十月又撤回鄂州。
十一月，获悉兀良合台的军队已攻至潭州，忽必烈遂决定议和北还，于是，派铁迈赤率练卒千人、铁骑三千，前往岳州接应兀良合台的军队，一同撤回江北。
《史集》中记载说，“由于路途艰难，各地和堡塞均很险固，他们不止一次进攻作战，进展困难。”“军中有许多人病亡，他们总共剩下不到五千人”。
兀良合台的军队被平安接应北撤，后亦成为忽必烈政权的重要军事力量之一。
南宋首先提出了蒙宋议和。忽必烈渡江攻鄂，突破了南宋在长江中游的重要军事防线。且不说陷入重围的鄂州危在旦夕，霸突鲁率军攻击岳州，郑鼎等率兵骚扰江西兴国、瑞州、南康、抚州等地，兀良合台由广西入湖南围攻潭州，均使蒙古军的军事进攻轻松深入到南宋统治的腹地，并已威胁到临安的安全。宋廷一度极为恐慌，有人甚至提议迁都逃亡。
身为南宋右丞相、荆湖宣抚策应大使的贾似道曾入鄂督师，深知形势之危急。
他秘密派遣宋京为使，前往蒙古军营请求称臣议和。
忽必烈派亲信侍臣赵璧入鄂州城与宋军进行谈判，临行前忽必烈嘱咐道：“汝登城，坐立必我。视彼月城筑否。望我旗动，当还”。
赵璧由三千兵士护送人城。谈判时，宋军皆持刀环列，宋京提议：“北朝不进，我朝岁贡银、绢二十万两匹，割江为界，俾南北生灵息肩，何如？”赵璧回答说：上（忽必烈）驻濮州未拜旗时，汝国遣行人来议尚可。今已渡江，江南之地，悉为我有，“何为出此言？”这就已表明拒绝了贾似道的请和条件。并提出与贾似道当面谈判的要求。而后，赵璧看到忽必烈的旗帜在摇动，便托“待他日再议”为辞，返回蒙古军营。
十一月，阿里不哥与忽必烈争夺汗位的事态发展，断然中止了蒙古军的向前进攻，导致忽必烈决定议和北返。
当时，忽必烈妻察必派遣脱欢、爱莫干二人急急赶往鄂州军中密报：拖雷嫡幼子阿里不哥派脱里赤与阿蓝答儿自漠南蒙古军、汉军中抽调括取兵丁，而其原因不明，那支军队我们交不与否？察必王妃还带给忽必烈一段隐语：“大鱼的头被砍断了，在小鱼中除了你和阿里不哥以外，还剩有谁呢？你是不是应该回来？”
忽必烈闻讯，极为震惊。
两天后，阿里不哥所遣急使来到鄂州前线请见忽必烈，禀报说：“我们是被派来请安和转达问候的”。忽必烈问急使：“阿里不哥将把他所抽调出去的那些侍卫和军士派到哪里去？”急使答道：“我们这些奴仆们一点也不知道，这显然是谣传。”因急使们闪烁其辞，忽必烈便怀疑起来，想道：“若阿里不哥需要把这些军士派到某方面去，又何必隐蹒呢？其中必定有诡计。”他觉察到幼弟阿里不哥趁其南征之机，已在作汗位争夺的军事准备，一场萧墙之灾或许已在所难免。
于是，忽必烈立刻召集随同征鄂的文武臣僚从长计议。
郝经率先上《班师议》，分析蒙哥汗死后蒙、宋双方形势及对策。
在谈到南宋方面时，郝经说道：“彼既上流无虞，吕文德已并兵拒守，知我国疵，斗气自倍。两淮之兵，尽集白鹭（指鄂州附近的白鹭洲）；江西之兵，尽集龙兴；岭广之兵，尽集长沙；闽越沿海，巨舶大舰，以次而至，伺隙而进。如遏截于江、黄津渡，邀遮于大城关口，塞汉东之石门，限郢、复之湖泺，则我将安归？”
谈到蒙古方面时，他说：“第吾国内空虚，塔察国王与李行省肱髀相依，在于背胁；西域诸胡窥觇关陇，隔绝旭烈大王，病民诸奸，各持两端，观望所立，莫不觊觎神器，染指垂涎。一有狡焉，或起戎心，先人举事，腹背受敌，大事去矣。且阿里不哥已行赦令，令脱里赤为断事官、行尚书省事，据燕都，按图籍，号令诸道，行皇帝事矣。虽大王素有人望，且握重兵，独不见金世宗、海陵王之事乎！若彼果决，称受遗诏，便正位号，下诏中原，行赦江上，欲归得乎？”
关于忽必烈应采取的对策，郝经提出：“盘桓江渚，情见势屈，举天下兵力，不能取一城，则我竭彼盈，又何俟乎？且诸军疾疫已十四五，又延引月日，冬春之交，疫必大作，恐欲还不能……只有许和而归尔……断然班师，亟定大计，销祸于未然。”
郝经原先就不十分赞成渡江和进攻鄂州，对南宋力量的估计也偏高，但他对蒙古汗位争夺局势发展的分析，却十分精辟和中肯。
侍臣董文用等也再三谏言，力主班师，以为神器不可久旷，待登上大汗之位后，遣一支偏师，即可了结江南之事。
刘秉忠亦替忽必烈“叩六丁之灵”，奏言：“龙飞之时已至，可速回辕”，以卜筮之术，来打动忽必烈。
忽必烈终于放弃攻克鄂州的打算，决定议和班师北还。
十一月二十八日，忽必烈自牛头山启程北归，为了暂时稳定军心并迷惑南宋军队，忽必烈对外声称：东攻临安（今浙江杭州）。
数日后，忽必烈从长江岸边派张文谦向前线诸将传达命令：“迟六日，当去鄂退保浒黄洲。”
忽必烈又令大将兀良合台、霸突鲁及张柔等率军留守长江北岸。临行前忽必烈曾对霸突鲁、兀良合台两位将军说：
“局势已经如此，还不知道阿里不哥对我们还有什么图谋，你们两人领一部分人马留在这里，等我先从乞台边境哈剌沐涟河回去，把情况弄清后再告诉你们”。
奉命统领蒙古汉军的张柔，还做了长久驻戍的打算，在江北岸浒黄洲（白鹿矶）筑城。直到中统元年（1260 年）才奉命北撤。
离开鄂州前，忽必烈又部署了与贾似道的和谈。在与南宋使臣宋京的第二次谈判中，赵璧受忽必烈的委托，正式回复了贾似道的请和：“汝以生灵之故来请和好，其意甚善，然我奉命南征，岂能中止。果有事大之心，当请于朝。”
忽必烈基本上同意了贾似道的请和，在当时急于北还解决汗位继承问题的紧急情况下，忽必烈顾不上与贾似道拟定请和的详细条文及履行书面签约等程序。
他只能用这种口头协议的方式，与南宋达成暂时的和平。协议规定，蒙古军队在当天就得撤回长江以北。二万江南降民，也依忽必烈的要求被带回江北。
据传，忽必烈从鄂州北还途中，还曾派张文谦去怀孟州（今河南沁阳市）与商挺议事。商挺对张文谦说：“殿下班师，师屯江北，脱有一介驰诈发之，军中留何符契？”张文谦听罢，急忙追赶忽必烈，转达商挺之言。忽必烈恍然大悟，大骂道：“无一人为吾言此，非商孟卿，几败大计。”于是，马上遣使者赴江北军中订立调兵契约。不久，阿里不哥的使者果然到了江北军中，遂被军将杀掉。当天，为祝贺忽必烈登基在开平则举行了盛大的庆祝活动。当这一天夜幕降临之际，人们依旧沉浸在欢乐的醉酒与歌舞之中。留在开平的阿里不哥的使者脱里赤趁人们不注意，悄悄离开了他的住所。但是，很快被监视他行动的人发现，报告了忽必烈。忽必烈马上派人急追。在开平北边的第一个驿站就把他抓获了。合丹对脱里赤进行了审讯，脱里赤从头至尾全部供出了他们的计划。其中也说到阿里不哥
为汗后将对忽必烈进行歼灭。于是忽必烈命令把脱里赤囚禁起来。
忽必烈一直念念不忘在鄂州时张易所说的，王文统才干能和宋朝的丞相贾似道相比。他北归后就派人到山东立召王文统到开平。王文统到开平先拜见了子聪和尚，用他的绝世口才，表白他的建功之志，说得子聪也以为他是一个难得的盖世奇才，遂向忽必烈奏请王文统可以大用。王文统又去拜见张易，感谢他的举荐之功。张易则向忽必烈力保王文统其才不凡，可同张仪、苏秦相比肩。忽必烈即委任王文统为第一任平章政事，以张文谦为左丞，为王文统的下属。王文统字以道，益都人，好权谋，得李璮赏识。被李璮聘为儿子李彦简的老师。王文统又把自己的女儿赠予李璮为妻。益都军政之事遂多听王文统谋决。一时王文统的才智之名传播中原。但是王文统为人忌苛，容不得异己之见。因此张文谦不能与他和睦相处，也不愿同他一起分担所事的责任，不久就主动要求离开了中书省。
由于王文统能积极献计献策，所言都是只顾眼前得利，见效迅速的话语，因此他很快博得忽必烈的信任和欢心，以为确实得到一个宝贵人才。他放手把民事和税赋大权全交给了王文统。王文统又善于察颜观色，他知道忽必烈对子聪和尚很尊重，也很信任，于是凡子聪所提出的建议、主张，王文统就事事支持，因而也深受子聪的喜欢。王鹗起草好忽必烈的即位诏书，送给子聪看，子聪又送给王文统。王文统问子聪什么意见，子聪说写得不错。王文统说：“大师都认为不错，我更没有意见。就送交陛下审阅吧。”忽必烈审过，就于 4 月 4 日将即位诏书宣告天下。其诏书曰：
朕惟祖宗肇造区宇，奄有四方，武功迭兴，文治多缺，五十余年於此矣。盖时有先后，事有缓急，天下大业，非一圣一朝所能兼备也。先皇帝即位之初，风飞雷厉，将大有为。忧民忧国之心，虽切于已，尊贤使能之道未得其人。方董夔门之师，遽遗鼎湖之泣。岂期遗恨，竟勿克终。
肆予冲人，渡江之后，盖将深入焉。乃闻国中重以签军之扰，黎民惊骇，若不能一朝居者。予为此惧，驷骑驰归。眼下之急虽纾，境外之兵未戢。乃会群议，以集良规。不意宗盟，辄先推戴。左右万里，名王巨臣，不召而来者有之，不谋而同者皆是。咸谓国家之大统不可久旷，神人之重寄不可暂虚。求之今日，太祖嫡孙之中，先皇母弟之列，以贤以长，止予一人。虽在征伐之中，每存仁爱之念，博施济众，实可为天下王。天道助顺，人谟与能。祖训传国大典，於是乎在，谁
敢不从。朕峻辞固让，至于再三，析恳益坚，誓死以求。於是俯徇舆请，勉登大宝。自惟寡昧，属时多艰，若涉渊冰，罔知攸济。爱当临御之始，宜新弘远之规。
祖述变通，正在今日。务施实德，不尚虚文。虽承平未易遽臻，而饥渴所当先务。
呜呼！历数攸归，钦应上天之命；勋亲斯托，敢忘烈祖之规？建极体元，与民更始。朕所不逮，更赖我远近宗族、中外文武，同心合力，献可替否之助也。诞告多方，体予至意！
登基后，忽必烈为了稳定政权，首先派郝经为国使，何源、刘人杰为副使，到南宋去进行和谈。郝经等人临行，忽必烈赐以葡萄酒，为他们饯别，说：“朕初即位，诸事草创，卿等远行，一路想到有可辅朕者，就立刻告知。”谆谆嘱咐郝经此次出使，肩负重任，一切可便宜处置。有什么决定不了的事，就派急使直接找他禀报。
皇帝登基后依照汉人王朝的习惯，便要建立年号，子聪和王文统议定年号为中统，含有继承中国传统之意。忽必烈也非常认可。于是在 1260 年 5 月 19 日发布了建元中统的诏书。诏日：
祖宗以神武定四方，淳德御群下。朝廷草创，未遑润色之文；政事变通，渐有纲维之目。朕获缵旧服，载扩丕图，稽列圣之洪规，讲前代之定制。建元表岁，示人君万世之传；纪时书王，见天下一家之义。法（春秋）之正始，体大（易）之乾元。炳焕皇猷，权舆治道。可自庚中年五月十九日，建元为中统元年。惟即位体元之始，必立经陈纪为先。因此内立都省，以总宏纲；外设总司，以平庶政。
仍以兴利除害之事、补偏救敝之方，随诏以颁。於戏！秉篆握枢，必因时而建号；施仁发政，期与物以更新。敷宣恳恻之辞，表著忧劳之意。凡在臣庶，体予至怀！
王文统与子聪等议，由忽必烈认可，设立了十路宣抚司，委任了各司的官员。
他们分别是：燕京路以赛典赤、徐世隆为正副使，益都济南等路以宋子贞、王磐为正副使，平阳太原等路以张德辉、北京等路以杨果、赵炳为正副使，谢埴为正副使，东平路以姚枢、张肃为正副使，大名彰德等路以张文谦、游显为正副使，西京路以粘合南合、崔巨济为正副使，以布鲁海牙与刘肃并为真定路使，以史天泽为河南使，以廉希宪、商挺为京兆等路正副使。忽必烈又接受廉希宪的建言，把高丽国王之子护送归国继承王位。高丽王子是觐见蒙哥汗而来，因蒙哥出征，所以滞留中原三年。当时高丽老国王已去世，王位正等人继承。忽必烈此举甚使
高丽王子感激，以后相当长一个时期，高丽一直与忽必烈所建立的帝国保持友好的关系。忽必烈又接受商挺的建议，调回在南方的部队，加强京师的防卫；把西边的部队加强警戒，并适当调整了部队的指挥官。
忽必烈忙于他的政权建设，阿里不哥也没有闲着。当忽必烈在开平即位的消息传到和林后，拥戴阿里不哥的宗王们，蒙哥的儿子阿速带、玉龙答失，合丹的儿子忽鲁迷失，察合台的孙子阿鲁忽，塔察儿的儿子乃蛮台，斡儿答的儿子合剌察儿等就也扶阿里不哥登位，阿里不哥也称大汗，并向各地的宗王发出了消息。
一个蒙古国不可能同时有两个大汗。战争的乌云笼罩在和林与开平之间的上空。
阿里不哥称大汗之后，没有忽必烈那么多的繁琐事，他的目标很清楚，就是要击败忽必烈。所以在简单的庆宴之后，就马上派兵南下。他分兵两路：东路由合剌察儿及他自己的儿子玉木忽儿率领，从和林直指开平、燕京，西路则由阿蓝答儿率兵，出河西，下六盘，旨在同那里的浑都海部相会合。
忽必烈闻讯，为了保卫自己的新生政权，他不得不立刻准备应战。
耶律楚材之子耶律铸在其父去世后，继续担任中书省令一职，留在和林。当阿里不哥称大汗后，阿里不哥派耶律铸到六盘召浑都海从令。耶律铸从他父亲那里就已明白忽必烈是一个贤明的定将大有作为的王子，而后他又亲眼看到忽必烈的行事，他料定忽必烈必能战胜阿里不哥。所以他见到浑都海以后却反而劝浑都海投忽必烈。浑都海不听耶律铸的之劝，耶律铸无奈，只得单身匹马飞奔到开平，把他所知道的阿里不哥的一切部署，全都详细报告给了忽必烈。忽必烈得到珍贵的情报，对耶律铸的行为给予了很高的奖赏。
浑都海得知耶律铸投靠忽必烈后，非常生气。他曾派人急追，但没有追上。
恼怒之下他就派人监视住耶律铸的妻子和耶律铸的儿子耶律希亮，并要裹胁他们一起投奔阿里不哥。耶律希亮同耶律铸曾随同蒙哥一起征蜀，蒙哥死后耶律希亮就携带家资老小回到了陕右。阿蓝答儿到达陕右，得知耶律铸投奔忽必烈了，也很生气，他立刻叫人把耶律希亮拘押到自己的驻地，他亲自审问耶律希亮，问：
“你父亲现在在何处？”耶律希亮镇静地回答说：
“我又没和他在一起，我不知道。与我父亲曾在一起的人应该知道。”浑都海一听，这不是暗指我与耶律铸合串同谋吗？他气得大骂：“你这个兔崽子，你
父亲上哪里我如何知道！他不是从这里逃跑，去找忽必烈去了吗？”耶律希亮严肃地反问：
“你既这样说，你怎么说你不知道我父亲的下落呢？”阿蓝答儿看看耶律希亮，又看看浑都海。耶律希亮面目平静。浑都海却面红耳赤，急得有口难辩，对阿蓝答儿说：“您不要信他。我确实不知道他父亲在哪儿，不，不，不是，我知道他父亲劝我一起去投奔忽必烈，我不同意，老天可以作证。您要相信我。”阿蓝答儿不理浑都海，望着耶律希亮。耶律希亮从容地说：“我要知道我父亲上何处去了，我一定会跟随他去的。我也就不会再在这里受您的审问了。”阿蓝答儿找不到耶律希亮交通忽必烈的证据，只好放了他。
忽必烈把内政都交给子聪与王文统处理，他亲自带领军队从开平北上迎击阿里不哥的东路军。临行，他嘱咐王文统一定要保证军需供应。王文统一口答应没有问题。阿里不哥跟随东路军，想一举把忽必烈亲手擒获。但是他根本不知道忽必烈从耶律铸那里已知道了他的全部军事与行动计划。当阿里不哥的军队到达麻思契地时，他更不知道忽必烈的部队已在那里静候多时。阿里不哥的军队一到，就陷入了忽必烈军的包围圈。忽必烈军是有备而战，士气高昂；阿里不哥军是仓促应战，没有半点防备。这一仗的结果就可想而知了。阿里不哥军是一触即溃，全线奔逃。忽必烈指挥大军乘胜追击，把阿里不哥驱赶到乞儿吉思，直到忽必烈感到阿里不哥的军队已经七零八落，再也没有反手之力时，才停止了追赶。
东线之战忽必烈取得了辉煌的胜利。但是西线的战事，情况却要复杂的多。
京兆原是忽必烈的封地，也是他的根据地。蒙哥与阿里不哥曾联合派阿蓝答儿、刘太平等对其地进行钩考，驱除忽必烈的势力，任刘太平、霍鲁海行尚书省事于关右。忽必烈也没有放弃对其地的经营，他从征宋前线回来时，就先后派廉希宪、赵良弼到该地了解情况。他登基后，立刻要恢复这块根据地，派他最得力的辅臣廉希宪、商挺为正副宣抚使，以赵良弼为参议司事前往。当年他们被刘太平、阿蓝答儿赶出关中，现在又重新回来，心中自不免有许多感慨。但是他们深知阿蓝答儿、刘太平绝不会自动撤离，一定要有一场硬仗要打。况且蒙哥死后，他的儿子阿速带护灵北归，军队都由征蜀名将哈剌不花统领。哈剌不花的副将浑都海则驻军六盘山，准备随时配合阿里不哥的出兵。而阿里不哥事实上已派阿蓝答儿出兵了。赵良弼先一步动身，临行前他对蒙古断事官八春说：“浑都海想北归阿里
不哥，当先遣使奉上旨督促驻川蒙军统帅纽邻入朝，命刘太平速还京兆，让他们各个孤立。”八春原是忽必烈的侍卫，对赵良弼的建议自然答应照办，当赵良弼至陕川宣抚司时，纽邻已移营人泾，刘太平要起兵至六盘会合浑都海军，被八春以忽必烈诏命制止。赵良弼的如此安排，廉希宪和商挺完全不知道。在赴任的路上，商挺对廉希宪说：“浑都海在六盘的行动可能有三种；一是集中精锐占领京兆，这是上策，对我们最不利；二是聚兵六盘，伺机而动，这是中策，将使我们和他们对峙；三是北投和林，这是下策，如此我们就可以减轻不少压力。”廉希宪问浑都海有什么计谋，商挺说：“我想阿里不哥称大汗，他必选投奔和林之路。”
他俩没想到刘太平、霍鲁海竟比他们早三天到达了京兆府。赵良弼、八春迎接廉希宪和商挺至宣抚司，才向他们说明刘、霍入京兆是他们的主意，用的是忽必烈汗的诏旨，怕的是刘、霍直奔六盘与浑都海联合。廉希宪与商挺以为也对，就商议派使者去说服浑都海，让他归属忽必烈汗。
浑都海不仅没有听从，反而杀死了廉希宪等人所派遣的使者，并通知其党羽密里火者、乞台不花以及刘太平、霍鲁海等同日举兵反叛。廉希宪得到密报，同八春、商挺、赵良弼共议：忽必烈大汗刚即位，让我们到京兆，正为防范叛乱。
现在叛乱就要发生，我们一定要抢先行动。于是他们果断采取措施：先派万户刘黑马协同京兆官吏去逮捕刘太平、霍鲁海。刘、霍猝不及防，分别在睡梦中被捕。
接着廉希宪让刘黑马去成都诛杀密里火者，‘派汪惟正去青居诛杀乞台不花。又调汪惟正之叔汪良臣率军攻打六盘山。汪良臣因未得圣旨不敢移兵，廉希宪即解下自己所佩虎符银印授之，说：“此皆身承密旨，你只管照我说的办。”又给他银一万五千两以充功赏，又出库币为制军衣，汪良臣遂举兵进讨。廉希宪同时征发蜀卒更戍及在家余丁，组成一支杂牌军，由八春为帅随行。廉希宪对八春说：“君所将之众，没有经过训练，六盘兵精，不可与之争锋。但虚张声势，使浑都海不敢东向，则大功告成。”
廉希宪部署停当，从开平有使者持诏书来赦免刘太平。廉希宪命把刘太平、霍鲁海绞死于狱中，陈尸大道之上，后才出府迎接诏书。待读过诏书，其内容已无用。廉希宪、商挺遂让使者入奏，自劾停赦行刑、征调诸军、擅自以汪良臣为帅等罪。待使者临行，赵良弼又具密状给使者说：“一开始捕刘太平他们时，只是囚禁，待皇上圣旨处置。我私下以为他们不诛，人心惶然，应急诛，以安人心。
擅杀在臣，实不在宣抚司。如果皇上怪罪廉希宪与商挺，愿使者出我密报以奏。”
使者回京将情况报告了忽必烈，忽必烈不但没怪罪商挺、廉希宪，反而说：“圣人经典所谓行权，也是如此作为。”又赐廉希宪金虎符，使节制诸军。下诏日：
“朕委卿以方面之权，事当从宜，毋拘常制，坐失事机。”
浑都海同哈剌不花不敌汪良臣，率六盘兵北走，恰遇阿蓝答儿自和林引兵南下，相遇于甘州。阿蓝答儿盛气凌人，哈剌不花与阿蓝答儿言语不和，遂自引兵北去。阿蓝答儿与浑都海合军向东南，击败了廉希宪所派的后随军队，一时使河右大震。再加上有人说大事实，消息传到入京城，有些人在朝议中就主张要放弃两川，退军兴元。廉希宪与商挺闻讯，力言不可。于是忽必烈派宗王合丹率骑兵与汪良臣、八春兵会合，兵分三道以敌阿蓝答儿、浑都海军。双方会兵于甘州东面的耀碑谷。合丹列阵于东北，八春在南，汪良臣居中。交战之时突然刮起了狂风，漫天黄沙飞扬，倾刻间天地昏黄，人人站立不稳。汪良臣对兵士大呼：“今日之事，关系国家安危。胜则富贵可保，败则身死家亡。大家如能奋力征战，纵死于阵间，也不失忠孝之名。”众人应和着汪良臣的呼声，大叫着：“杀呀！”汪良臣命令士兵跳下战马，以短兵突袭敌军的左面，绕出阵后，汪良臣率先杀死敌兵十数人，众军士奋勇冲杀，很快击败了敌人的右军。八春从正面直捣敌军，合丹率精骑截敌归路，三道军配合默契。阿蓝答儿军从一交战就陷入一片混乱，风沙中其军分不清敌我，自相残杀，竟至溃不成军。阿蓝答儿、浑都海皆在混战中，不知让谁杀死。其首级被人割下，传送到京兆示众。
汪惟正到了青居，正遇上乞台不花发兵响应浑都海叛乱。汪惟正即派大力士将乞台不花杀死。川陕平定之后，忽必烈对左右人说：“廉希宪，真男儿也！商孟卿，古之良将也！”遂改宣抚司为行中书省，进廉希宪为中书右丞，商挺为行省佥事，旋改为参知政事。仍以赵良弼为行省参议。其余从征诸将都有升迁。
