在蒙元与南宋联合灭金之后，双方维持了不长的一段时间的和平。公元1234年，南宋端平元年正月初十，南宋蒙古联军攻入蔡州，金国灭亡。按照事先约定，两国各自撤退，河南遂为无人占领的地区。五月，南宋出兵，意欲收复开封、洛阳，据黄河为防线，史称“端平入洛”。结果激起蒙古人的反击，加上粮草不济，宋军溃败回南方。
经过此役，南宋和蒙古彻底撕破了脸，两国遂进入了战争状态。严格来讲，此次的行动南宋有违约的意思。但开封、洛阳为宋室故都所在，若能收复，不仅能够振奋民心，而且可以将防线推至黄河，大大扩张了战略纵深。因此，无论从象征意义还是现实利益来讲，此次行动都是无可厚非的。而且基于蒙古人的个性，南侵是早晚的事，因此提前做好战略部署是可以的。但问题是这次行动计划不周，过于仓促，以至于粮草不继而败退，还损失了大批军队。
两国既然战端已开，那就没什么好说的，准备准备就开打吧。作为强大的一方，蒙古人自然是先要做个计划怎么进攻。蒙古人在军事上，无论是战略还是战术，那都是相当的有水平。南宋经过与金的长期战争，由东至西分别设三个防区，它们是两淮防线、湖广防线和四川防线。经过一番考虑，蒙古人把主攻方向选择在了四川，助攻方向为湖广和云南，为此，他们还特意发起了征服南诏的军事行动。
选择四川为主攻方向，一是因为四川自北宋统一之后，基本上没有受到过战火的破坏，是为南宋重要的财赋来源。它是南宋经济最为发达的地区，每年的茶盐棉等生活用品上的税占全国的五分之二，酒税为百分之四十，提供军饷为全部的三分之一。如果能够占领四川，将对南宋产生巨大的打击，几乎是伤筋动骨的打击。再者南宋在与金长期的战争中，两淮作为拱卫京师的重要防线，受到了政府的重点照顾，被打造成了一条坚固的防线，想要突破它谈何容易。
蒙哥
选择四川为主攻方向，这大概也是蒙古人从历史上得到的启示。晋灭吴，采取的战略就是自上游顺流而下。蒙元也想占据四川，效仿王濬的楼船下益州，顺江而下，直抵建康。绕过两淮防线，直接突破长江防线。
1234年两国交火，但由于当时蒙古人的主攻方向在西部，因此并未扩大与南宋的战争。随后，蒙古陷入了十几年的汗位之争，因此直到蒙哥获得汗位后，才开始了对于南宋的大规模征战。
1258年，蒙哥下令对南宋发动全面战争。他亲率主力攻打四川。其弟忽必烈进攻湖广，另有云南方向的蒙古军策应。但蒙古人不擅长攻城拔寨，被宋军步步为营拒险坚守，进展缓慢，最后受阻于重庆合川钓鱼城，陷入了持久战。至1259年8月11日，久挫于钓鱼城下的蒙哥病死（一说是被宋军投石机砸伤而死），蒙军被迫撤离。而湖广方面的忽必烈则越过襄阳南进，但又受阻于鄂州城下，不得渡江，在得知蒙哥病死后，与南宋前线指挥者贾似道达成和议后返回北方争夺汗位。而云南方面的军队也受阻于潭州，经忽必烈的接应一同返北。这次的伐宋之战，蒙古方三处受阻，蒙哥身亡，可谓是一败涂地。但南宋就赢了吗？他们损失更巨，本就已残破的四川，经此一役彻底报废，南宋在财政上遭到了重创，使以后的抗元战争更加艰难。
忽必烈
忽必烈夺取汗位后，听取了南宋降将刘整的建议，把进攻的重点放到了中路。四川已经残破，剩下的堡垒也不好攻打，索性弃之不顾，如同对待南宋的两淮防线一样，留少量兵力监视而已。而中路的重点又在襄阳，1268年，元军攻打襄阳，经过六年的围攻，1274年襄阳终于陷落，南宋的湖广防线被撕开了一个大口子。随后，忽必烈命令元军对宋发起了总攻，援军顺汗水进入长江，顺江而下，连续击破宋军，1276年，临安失陷，元统一的大势已定，剩下的只是对付各地残留的南宋余部而已。经过几十年的不断战争，蒙元最终灭了南宋，但相对于其它地区的征服，对于南宋的进攻，可以说是蒙古人最艰难的征服。