端平元年（1234）六月，南宋军队开始行动。
首个目标，就是收复故都汴京（东京开封）。南宋派出两支军队直取汴京，一支由淮西制置使全子才率领，共一万人；另一支由淮东制置使赵葵统领，共五万人。守卫汴京的是投降蒙古的金国降将崔立，此人声名狼藉，素为汴京军民所厌恶。崔立部将李伯渊、李琦等人风闻南宋军队欲收复汴京，便刺杀崔立，打开城门迎接全子才。
汴京在沦陷104年后，又回到宋人之手。
这当然是可喜可贺的事。全子才收复汴京后半个月，赵葵率领的五万主力军前来会师。赵葵对全子才大为不满，抱怨说：“汝师到此已半月，不急攻潼关、洛阳，尚待何时？”
全子才答道：“粮饷未集，如何发兵？”
赵葵怒道：“现在蒙古兵还未到，正是乘虚而入的机会，若等朝廷发饷，恐怕蒙古人早南下了。”
全子才没办法，只得率徐敏子率军前去攻取洛阳，另派杨谊率军作为后应，两路人马都只携带五日口粮。徐敏子抵达洛阳时，洛阳早已是一座空城，没有军队驻守，全城只有三百家人。西京洛阳轻而易举收复了，然而这不过只是昙花一现罢了。
蒙古军队很快杀回来了。
策应徐敏子的杨谊部队共计一万三千人，行至洛阳以东三十里处，忽然遭到蒙古人的袭击。杨谊被突如其来的蒙古人打得晕头转向，向南逃窜，蒙古人追到洛水河畔，宋军大量士兵在抢着渡河时溺水身亡。击败杨谊之后，蒙古人转而进攻洛阳。徐敏子率部苦战，起初还胜负相当，但宋军的粮食很快消耗一光，如何再战？无奈之下，徐敏子只得放弃洛阳。
蒙古军攻下洛阳后，一路向东，直取汴京。汴京守将赵葵、全子才多次催促朝廷运送粮饷，但望穿秋水，粮饷却迟迟未到。蒙古人从汴京城外决黄河引水灌城，宋军本来就饥饿难战，又被洪水淹死不少人。赵葵、全子才无力回天，只得放弃汴京，狼狈而逃。
从收复汴京到放弃，前后不到两个月的时间。
就这样，南宋发动的“守河据关，收复三京”的军事冒险计划，以彻底的失败而告终。
纵观宋朝历史，可以发现宋朝廷在外交上一直很被动，要么懦弱，任人宰割；要么逞强，打肿脸充胖子。稍有挫折，便自信心崩溃；稍有收获，又自尊心膨胀。联金灭辽与联蒙灭金有许多相似之处，宋朝都是以弱势的一方联合强势的一方，获取若干利益。其实无论是灭辽还是灭金，宋朝都出力甚微，但是灭掉对手之后，又想捞取更多好处，结果就得罪了势力强大的盟友。
宋军从洛阳、汴京败退后，蒙古马上遣使者赴宋，指责南宋朝廷负约背盟。从此以后，在河淮一带，战火又要熊熊燃烧了。
端平二年（1235）六月，蒙古大汗窝阔台大举南侵，蒙宋战争爆发。
蒙古兵分三路：西路军由阔端统领，进攻川蜀；中路军由库春统领，进攻襄阳；东路军由温不花指挥，南下江淮。
且来看看蒙古人三路出击的情况。
先说西路军。
阔端入侵川蜀的路径，与当年金兵相仿，乃是由陕入川。首战沔州（陕西略阳），宋知州高稼孤军无援，力战而死。继而蒙古军兵围青野原，利州统制曹友闻连夜前往救援，截击蒙军，解青野原之围。蒙古先锋汪世显率军攻打大安（陕西宁强北），又被曹友闻击退。为了阻止蒙军入川，曹友闻驻守于当年吴玠大破金兵的仙人关，严阵以待。
在数个月的相持后，蒙军攻入兴元（陕西汉中），直趋阳平关。曹友闻率军救援，不想天公不作美，狂风暴雨突至，蒙古乘机围攻宋军，曹友闻兵败，捐躯沙场。曹友闻一死，由陕入川的通道洞开，蒙军长驱直入。
自吴玠、吴璘守川蜀以来，百余年来，四川境内倒是比较太平。如今蒙军突然杀到，各州府备战不足，不到一个月的时间，四川境内大半州府居然都落入蒙军之手。蒙古人只是在进攻文州时，才遇到强有力的抵抗。文州军民在知州刘锐、赵汝乡的领导下，固守一个多月。蒙军切断汲水道，全城断水，又盼不到援军，最终被攻破，死数万人。
蒙军统帅阔端又收买吐蕃部落，联合攻陷成都。不久后，阔端得悉皇子库春的死讯，遂放弃成都。宋军这才陆续收复成都及川西一些州府。
再来看看蒙军在中路的进展。
中路蒙军在库春的率领下，先取攻枣阳，而后进攻郢州。郢州（湖北钟祥）临汉水，城池坚固，蒙军便大造木筏，从水面发动进攻，双方展开激战。宋军顽强抵抗，江陵统制李复明战死，但蒙古人最终没能攻下该城。
可是这个时候，襄阳却出了大乱子。
原来襄阳守军内部向来分裂为两派势力，一为北军，一为南军。北军将领的权势在南军之上，故而两派不和。镇守襄阳的京湖制置使赵范驾驭无方，竟使得北军将领王旻、李伯渊等人起了反叛之心，抢了襄阳城郭的仓库，然后放一把火烧了，投降蒙古去了。南军将领李虎等人，又乘火大掠一番，也扬长而去。赵范回天乏力，只得弃城而走，襄阳遂为蒙古所占领。
自从岳飞收复襄阳城后，这里一直是南宋的军事重镇，城高池深，固若金汤，而且储备有财粟三十万，军械武器二十四库，就算被围困几年都不成问题。经过这般折腾后，经年累月的积贮，付诸东流矣。
襄阳失陷后，均、房、随、郢诸州也先后沦陷。
只是后来统帅库春病死于军中，蒙古人在中路的攻势方才告一段落。
最后来看看东线战事。
温不花大举南下，兵锋直指唐州，曾经收复汴京的全子才弃城而逃。当蒙古军队进入淮西时，南宋几乎没有像样的抵抗，蕲、舒、光三州的守将均弃城而逃，大量的兵马粮械都落入蒙军之手。温不花兵分两路，一路进逼黄州，一路进逼合肥。
此时的宋理宗颇为挑起战端懊悔，他把积极主张收复三京的宰相郑清之罢免，又下了一道罪己诏。只是如今反悔也迟了，首要任务还是得遏制住蒙古人潮水般的进攻。皇帝任命史嵩之增援光州，赵葵增援合肥。
史嵩之得知蒙古人已攻至江陵（湖北荆州），派遣孟珙率军前往救援。
孟珙是南宋军队中第一号将才，在破蔡灭金之战中功绩卓著，受到宋理宗的接见。宋理宗询问孟珙对议和的看法，孟珙答道：“臣系武夫，理当言战，不当言和。”宋理宗点头称善，遂命孟珙率部驻扎黄州。孟珙到黄州后，仍然开荒田修水利，搜访军实，增置兵寨，黄州已俨然成为一军事重镇。
此时温不花的蒙军主力正向黄州挺进，攻至江陵。孟珙奉令前往援救，他见蒙军人多势众，遂采取疑兵之计，先令部将张顺渡江，自己率主力随后，过了江后，又密令士兵不断变换衣服旗号。到了夜晚，又命人在江岸高举火矩，数十里相接，营造宋军人数众多的假象。蒙古人果然中计，不知宋军究竟来了多少援军。孟珙乘机发动进攻，连破蒙军二十四寨，救出难民二万余人。
在孟珙取得江陵之役胜利的同时，宋军在真州保卫战中也击败强敌。
真州知州丘岳也是个人才，能文能武。他执军严明，守备周详，蒙古进攻真州，屡攻不下。丘岳并不单纯防御，他守中有攻，预设伏兵后诱敌来攻，等敌人追来时，以震天雷之类的火炮伏击，令蒙军伤亡惨重，不得不引兵退去。
至此，蒙古对南宋的第一波攻击结束。
蒙宋战争暂时缓和，主要原因是蒙古正全力西征。
蒙古的西征与南侵是同时进行的。这次西征的规模与范围，较成吉思汗的第一次西征还要大。蒙军在荡平中亚后，挥师入俄罗斯，征服南俄平原，而后攻陷基辅，继续西进，入波兰境内。在蒙古铁骑的疯狂进攻下，全欧洲震动，蒙军大败波兰与日耳曼联军于利格尼兹，大败匈牙利军于萨约河畔。而后进军维也纳，兵锋直抵南欧。直到窝阔台去世，蒙军才从欧洲撤军。
因为西征的缘故，蒙古人对南宋的进攻并没有尽全力。蒙军在江陵、真州受挫后，进攻势头明显减弱了。即便如此，蒙古仍不时给南宋施加军事压力。
嘉熙元年（1237）十月，温不花卷土重来，再破光州，攻占复州。但是在进攻黄州时，又被孟珙打败了。
这时的孟珙已经成为宋军胜利的旗帜。蒙古人纵横天下，罕有对手，孟珙则是为数不多能屡屡战胜蒙古军的将领。朝廷迁孟珙为荆湖制置使，并诏令他收复襄阳、樊城。嘉熙二年（1238）冬，孟珙开始展开反攻，收复鄂州、荆门。次年孟珙挥师北上，进攻襄阳、樊城，与蒙军交战三次，三战三捷。襄阳守将刘义反正，打开城门迎接宋军。
孟珙的这次反击，取得赫赫战果，收复襄阳、樊城、信阳、光化、息、蔡等地。襄阳、樊城地处南北要冲，战略地位十分重要。孟珙上书朝廷：“襄、樊为朝廷根本，今百战得之，当加护理，非甲兵十万不足守。”朝廷对孟珙的意见十分重视，遂命他把襄城、樊城两地的降兵收编为“先锋军”，把息、蔡两地的降兵收编为“忠卫军”。
襄阳刚刚告捷，四川却频频告急。
蒙古大汗窝阔台由于全力西征，想与南宋媾和。嘉熙二年时，蒙古派使臣抵宋，提出议和条件：南宋朝廷每年输岁币银、绢各二十万。与往常一样，朝廷又出现主和与主战两派的对立，史嵩之力主议和，而李宗则认为主和“不无退缩之意，必致虚损岁月，坐失事功”。皇帝对此犹豫不决。
和议迟迟未有进展，孟珙又乘机收复襄樊。窝阔台大怒，决意大举攻宋。
嘉熙三年，蒙古大将塔海率大军入川，号称八十万，四川再遭蹂躏。一时间，邛、简、眉、阆、蓬诸州纷纷沦陷，蒙古人进而再破重庆、顺庆诸府。塔海欲渡江东下，直取湖南。由于孟珙早有防备，扼险控要，阻止了蒙军出蜀东下的计划。
东进不成，塔海派部将汪世显再杀入四川，进围成都。四川制置使陈隆之坚守成都，誓与城共存亡。然而，陈隆之的部将田世显却暗中向蒙古投降，打开成都北门迎敌军入城。成都因此失守，陈隆之被俘后坚决不投降，被蒙古人所杀，其全家数百口皆死难。蒙古军继续攻略，先后占领汉州、泸州、叙州等。
在蒙古军攻陷成都的同月（淳祐元年十一月，1241年），蒙古大汗窝阔台去世。窝阔台死的时候，由于其子侄多数都征战在外，遂由皇后马真氏暂时摄政。为了确定新君人选，出征在外的各路大军纷纷返回，南征川蜀的蒙古军也陆续北返。
尽管川蜀的军事压力骤减，但由于蒙古军的破坏，原本富饶的天府之国已是残破不堪，许多城池都只剩下残垣断壁，失去其军事防御价值，完整的州郡所存无几。自蒙军入侵以来，历任四川宣抚使、制置使因府库不足、地方政府开支入不敷出，捉襟见肘，束手无策。更糟糕的是，四川实际上已处于失控状态，监司戎帅，各自为令，官无法纪，民不聊生。
朝廷必须派一个强有力的人去恢复川蜀秩序。
淳祐二年（1242）朝廷以余玠为兵部侍郎、四川安抚制置使兼重庆知府。
余玠本是蕲州人，家世贫寒，为人落拓不羁。他曾在淮东制置使赵葵手下效力，赵葵非常欣赏其才华，后来蒙宋战争爆发后，余玠屡立战功，升迁为淮东制置副使。朝廷派余玠去收拾川蜀残局，总算用对人了。
朝廷给余玠很大的权限：“任责全蜀，一应军行调度，权许便宜从事。”余玠走马上任后，立即着手整饬军政，精选官员，重贤礼士，招揽豪杰。在招揽的人才中，以冉琎、冉璞兄弟俩人贡献最大。
冉氏兄弟乃蜀中卧龙，有文才武略，精通兵法，尤其深谙川蜀的山川地势。兄弟俩人总结了蒙军攻破川蜀的经验教训，提出新的防御观念，认为应当利用巴蜀地势险峻之优势，依山筑城，以抵御蒙古之骑兵。兄弟俩人殚精竭虑，遍察川蜀，挑选十余座适宜筑城之山，包括青居山（顺庆）、大获山（阆州）、云顶山（成都）、钓鱼山（合州）等。这些山之所以入选，有几个条件：其一，分布要均衡。不能十余座山城都集中的一个地域，而是要分布于川蜀战略要地与重要城市附近。其二，必须要依山傍水，山要险峻，水源不可缺少，否则无法坚守。其三，要适宜筑城。城要有一定规模，城堡要足够坚固，能储备大量粮食与军备物资。
余玠对冉氏兄弟的构想大加赞赏，并付诸实行，在川蜀建山城十余座。在这些城堡中，钓鱼城更是饮誉全球。钓鱼城三江环绕（嘉陵江、涪江、渠江），地势极险峻，峭壁悬崖，城墙雄伟而坚固。用冉氏兄弟的话说：“功可过十万师。”在后来的战争中，钓鱼城确实发挥了非常重要的作用。
在余玠的主持下，川蜀渐渐恢复秩序，在此后十年没有遭遇大的战乱。