宋淳祐十一年（1251年），蒙哥继任蒙古汗位，蒙古对南宋的进攻征服进入了一个新的阶段。蒙哥汗命其弟忽必烈镇守中原，并负责进攻南宋事宜。忽必烈在占领地区边耕边守、积粮备战，以便大举南征。忽必烈还向蒙哥汗提出先取云南大理，包抄南宋的策略。宝祐元年（1253年），蒙哥汗命忽必烈统率兀良合台等部蒙古军南征大理，完成了对南宋的包围。忽必烈蒙古军巩固所占四川之地，为夺取全蜀作准备。
中国南宋宝祐六年至开庆元年（蒙古蒙哥汗八至九年，1258—1259），宋将王坚率兵在合州（今四川合川东）打响了抗击蒙古军进攻的著名江河山岳地要塞防御战。
宋朝在抗金、抗蒙的长期战争中，逐步形成固守长江上游以屏蔽下游的方略。在丧失蜀道天险之后，南宋守蜀将帅利用四川多山川的条件，择要隘，建山城，构成了以重庆为中心，以点控面，扼守夔门（在今四川奉节境），阻止蒙古军东下的防御体系。
蒙哥汗鉴于以前对宋朝全面多路进攻的失败，和水军不足的弱点，采取了迂回长江上游的战略，在大举南下攻宋以前，进军云南。经过数年准备，于宋宝祐六年二月，蒙古军分兵四路攻宋。蒙哥汗亲率主力四万，号称十万，于四月沿嘉陵江向重庆进发，企图占领重庆，东出夔门，会师荆湖，直取临安（今杭州）。十二月，蒙古军进至合州境内。合州治所在钓鱼山上，称钓鱼城，峭壁悬崖，三面环江。宋军凭险设防，依山势筑有周长十二三里、高两三丈的石城，南北山脚下各有一延至江中的城墙，名一字城。钓鱼城上可控制三江（嘉陵、渠、涪），下可屏障重庆。城内兵精粮足，水源丰富。
合州知州王坚是抗蒙将领孟珙部下，他曾在淳祐十二年（1252年）打败蒙古军，收复兴元（今陕西汉中），宝祐二年（1254年）又打退蒙古军对合州的侵扰。为保卫合州，王坚调集合州属县十七万人，增筑钓鱼城，设防坚守。早在淳祐二年（1242年），余玠为四川安抚制置使兼知重庆府时，便在合州修筑钓鱼山城，因山筑垒，屯兵聚粮，并移州治入钓鱼山城。王坚加以增修之后，合州更为坚固。在秦州（今甘肃天水）、利州（今四川广元）、巩州（今甘肃陇西）、阆州（今四川阆中）陷于蒙后，各地人民陆续到合州集结。合州成为十数万人聚居的重镇。
为攻下合州，蒙哥汗一面命纽璘在涪州（今四川涪陵）造浮桥，切断由荆湖西上的南宋援军；同时，又派使臣晋国宝到合州招降，被王坚严词拒绝。开庆元年（1259年）初，王坚放晋国宝走后，又派人追回他，在城内阅武场处死，激励将士坚守合州，明确表示了合州军民坚决抵抗的决心。随后，降将杨大渊率蒙军进攻，为合州宋军击败，揭开了合州保卫战的序幕。
晋国宝被处死的消息传来，蒙哥汗当即以大兵围攻钓鱼城。面对蒙古的进攻，王坚制定了“战以挠敌，守以固城”的策略。他趁蒙古军队刚刚围困钓鱼城，立足未稳的时机，亲自率兵夜袭蒙哥的营地，使骄横的蒙古军惊恐泄气。降将杨大渊掳掠了合州万余百姓，想以此动摇合州军民斗志，王坚与合州军民不为所动。王坚与部将张珏照常领导合州军民协力守城，并多次击退蒙古军的进攻。为此，四月南宋理宗下诏嘉奖王坚等守城有功。从二月至五月，王坚、张珏亲率合州军民同进攻的蒙古军在合州的一字城、镇西门、东新门、奇胜门、护国门展开激战，击溃了蒙古前锋汪德臣的攻城部队，打败了蒙古增援部队董士元的精锐士卒。五月，蒙哥汗下令集合蒙古军队环攻合州，仍不见奏效。
蒙哥汗攻打合州时，从春天至秋天，几乎半年无雨，时值大旱，蒙哥认为合州城内无水，想观察城中虚实，便在西门外筑台建楼。王坚知道蒙哥意思，便命士兵做好准备，又让取池中重三十斤的鲜鱼两尾，还蒸了面饼。当蒙古军从台楼的桅杆看城中虚实时，王坚命发炮击之，蒙古军人亡杆折。王坚命士卒把鲜鱼面饼掷给蒙古军，附书上说：“你们吃饼和鱼吧。我们还可以坚守十年。你们也得不到合州城。”
南宋四川制置使蒲择之，屡战屡败，四川大部分地区为蒙古军占领，重庆处于蒙古军进攻的矛头之下，川鄂交通又被蒙古军切断，合州形势危急。南宋命吕文德代蒲择之。六月，吕率水军向长江西上，乘顺风进攻涪州浮桥，冲过封锁线，进入重庆。随后率十余船，由嘉陵江北上，进援合州，为蒙古军史天泽部击败，而退回重庆。合州外援被断绝，但王坚、张珏依然率领合州军民坚守，抗击蒙古军。
一天，汪德臣选派蒙古骁卒夜登合州外城马军寨，杀死宋军寨主和守兵。王坚听说后，率兵来战，战斗一直进行到天明，宋军切断了蒙古军的云梯，使后继部队无法登城，终于打败了蒙古军，保卫了合州城。不甘失败的汪德臣又一次用云梯攻城，并向城中喊话劝降。王坚部下士兵发炮击断云梯，汪德臣受伤，不久死去。王坚乘胜出城追击，扩大战果。
蒙古军将领劝蒙哥汗收兵，蒙哥汗不听。六月，又派其先锋将汪德臣选兵夜袭钓鱼城，又被击退。汪德臣单骑到城下招降，被砲石击中，不久死去。蒙哥汗准备再战，为了侦察城内情况，在城东筑台，亲临现场，指挥士卒登台瞭望。七月，蒙哥汗又一次亲自到城前督战，结果被合州发出的飞矢击中，回营后不久便死在军中。围攻合州五个月的蒙古军在蒙哥死后便退了回去。听到蒙哥死讯，忽必烈亦率左翼军于九月北回。王坚、张珏领导的合州保卫战取得了巨大的胜利。此战使蒙古军遭到南下攻宋以来最严重的挫折，对当时及后世防御作战有较大影响。
蒙哥汗亲自领导的灭亡南宋的战争，由于合州军民的英勇抵抗，使蒙军一再损兵折将，蒙哥汗本人也死于合州城下，从而扭转了整个战局。不仅攻蜀蒙军北撤，而且荆湖战场的忽必烈亦匆匆北返争夺汗位，解除了南宋长江中游的危机。蒙古一举灭亡南宋的企图不得不暂时放弃，南宋王朝灭亡的命运因而推迟。
忽必烈统一全国后，以儒法治理天下。他任用汉人治国，著名的汉臣王鹗、姚枢、刘秉忠等为忽必烈出谋划策，很得忽必烈的重用。忽必烈实行行省制度，加强中央集权，巩固统治。同时忽必烈还很重视农业的发展，积极恢复经济。