公元1251年，长兄蒙哥即大汗位，忽必烈以皇弟之亲，受任总理漠南汉地军国庶事，南驻爪忽都之地。
蒙哥即汗位后，遣忽必烈开拓南部汉地，令旭烈兀远征西域，以阿里不哥留守和林看管蒙古本土，自己则亲率大军伐宋。
宋蒙（元）战争从公元1235年全面爆发，至1279年崖山之战宋室覆亡，延续近半个世纪，它是蒙古势力崛起以来所遇到的费时最长、耗力最大、最为棘手的一场战争。发生于1259年的四川合州钓鱼城之战，则是其中影响巨大的一场战事。
1234年宋、蒙联合灭金后，南宋出兵欲收复河南失地，遭蒙军伏击而失败。1235年,蒙军在西起川陕、东至淮河下游的数千里战线上同时对南宋发动进攻，宋蒙战争全面爆发。至1241年，蒙军铁骑蹂躏南宋大片土地，而四川则是三大战场（另两个为京湖战场即今湖北和河南一带、两淮战场即今淮河流域一带）中遭蒙军残破最为严重的一个地区。
这年蒙古窝阔台死去，其内部政争不断，对南宋的攻势减弱。南宋由此获得喘息之机，对各个战场的防御进行调整、充实。1242年，宋理宗派遣在两淮抗蒙战争中战绩颇著的余玠入蜀主政，以扭转四川的颓势，巩固上流。余玠在四川采取了一系列政治、经济和军事措施，其中最重要的是创建了山城防御体系。即在四川的主要江河沿岸及交通要道上，选择险峻的山隘筑城结寨，星罗棋布，互为声援，构成一完整的战略防御体系。 钓鱼城即是这一山城防御体系的核心和最为坚固的堡垒。
钓鱼城坐落在今四川省合川县城东5公里的钓鱼山上，其山突兀耸立，相对高度约300米。山下嘉陵江、渠江、涪江三江汇流，南、北、西三面环水，地势十分险要。这 里有山水之险，也有交通之便，经水路及陆上道，可通达四川各地。彭大雅任四川制置副使期间（1239——1240年），命甘闰初筑钓鱼城。1243年，余？采纳播州（今遵义）贤士冉？、冉璞兄弟建议，遣冉氏兄弟复筑钓鱼城，移合州治及兴元都统司于其上。钓鱼 城分内、外城，外城筑在悬崖峭壁之上，城墙系条石垒成。城内有大片田地和四季不绝 的丰富水源，周围山麓也有许多可耕田地。这一切使钓鱼城具备了长期坚守的必要地理条件以及依恃天险、易守难攻的特点。1254年，合州守将王坚进一步完善城筑。四川边 地之民多避兵乱至此，钓鱼城成为兵精食足的坚固堡垒。
1251年，蒙哥登上大汗宝座，稳定了蒙古政局，并积极策划灭宋战争。蒙哥为成吉思汗幼子拖雷的长子，曾与拔都等率兵远征过欧、亚许多国家，以骁勇善战著称。1252 年，蒙哥汗命其弟忽必烈率师攻占大理，对南宋形成包围夹击之势。
1257年，蒙哥汗决定发动大规模的灭宋战争。蒙哥命忽必烈率军攻鄂州（今武昌），塔察儿、李？等攻两淮，分宋兵力;又命兀良合台自云南出兵，经广西北上;蒙哥则自率蒙军主力攻四川。蒙哥以四川 作为战略主攻方向，意欲发挥蒙古骑兵长于陆地野战而短于水战的特点，以主力夺取四 川，然后顺江东下，与诸路会师，直捣宋都临安（今杭州）。
1258年秋，蒙哥率军4万分三道入蜀，加上在蜀中的蒙军及从各地征调来的部队， 蒙军总数大大超过4万之数。蒙军相继占据剑门苦竹隘、长宁山城、蓬州运山城、阆州 大获城、广安大良城等，迫近合州。蒙哥汗遣宋降人晋国宝至钓鱼城招降，为宋合州守将王坚所杀。钓鱼城之战由此展开。
宋开庆元年（1259年）二月二日，蒙哥率诸军从鸡爪滩渡过渠汇，进至石子山扎营。三日，蒙哥亲督诸军战于钓鱼城下。七日，蒙军攻一字城墙。一字城墙又叫横城墙， 其作用在于阻碍城外敌军运动，同时城内守军又可通过外城墙运动至一字城墙拒敌，与外城墙形成夹角交叉攻击点。钓鱼城的城南、城北各筑有一道一字城墙。九日，蒙军猛 攻镇西门，不克。这日，蒙古东道军史天泽率部也到达钓鱼城参战。
三月，蒙军攻东新门、奇胜门及镇西门小堡，均失利。从四月三日起，大雷雨持续 了二十天。雨停后，蒙军于西月二十二日重点进攻护国门。二十四日夜，蒙军登上外城， 与守城宋军展开激战。《元史·宪宗纪》称“杀宋兵甚众”，但蒙军的攻势终被宋军打退。五月，蒙军屡攻钓鱼城不克。 蒙哥汗率军入蜀以来，所经沿途各山城寨堡，多因南宋守将投降而轻易得手，尚未 碰上一场真正的硬仗。因此，至钓鱼山后，蒙哥欲乘拉槁之势，攻拔其城，虽久屯于坚 城之下，亦不愿弃之而去。尽管蒙军的攻城器具十分精备，奈何钓鱼城地势险峻，致使 其不能发挥作用。钓鱼城守军在主将王坚及副将张珏的协力指挥下，击退了蒙军一次又 一次的进攻。千户董文蔚奉蒙哥汗之命，率所部邓州汉兵攻城，董文蔚激励将士，挟云梯，冒飞石，履崎岖以登，直抵其城与宋军苦战，但因所部伤亡惨重，被迫退军。其侄 董士元请代叔父董文蔚攻城，率所部锐卒登城，与宋军力战良久，终因后援不继，亦被迫撤还。
钓鱼城久攻不下，蒙哥汗命诸将“议进取之计”。术速忽里认为，顿兵坚城之下是不利的，不如留少量军队困扰之，而以主力沿长江水陆东下，与忽必烈等军会师，一举灭掉南宋。
然而骄横自负的众将领却主张强攻坚城，反以术速忽里之言为迂。蒙哥汗未采纳术速忽里的建议，决意继续攻城。然而，面对钓鱼坚城，素以机动灵活，凶猛骠悍著称的蒙古骑兵却不能施其能。
六月，蒙古骁将汪德臣（原为金臣属）率兵乘夜攻上外城马军寨，王坚率兵拒战。天将亮时，下起雨来，蒙军攻城云梯又被折断，被迫撤退。蒙军攻城5个月而不能下， 汪德臣遂单骑至钓鱼城下，欲招降城中守军，几乎为城中射出的飞石击中，汪德臣因而患疾，不久死于缙云山寺庙中。蒙哥闻知死讯，扼腕叹息，如失左右手。汪德臣之死， 给蒙哥汗精神上以很大打击，钓鱼城久攻不下，使蒙哥汗不胜其忿。
蒙军大举攻蜀后，南宋对四川采取了大规模的救援行动，但增援钓鱼城的宋军为蒙军所阻，始终未能进抵钓鱼城下。尽管如此，被围攻达数月之久的钓鱼城依然物资充裕，守军斗志昂扬。一日，南宋守军将重15公斤的鲜鱼两尾及蒸面饼百余张抛给城外蒙军，并投书蒙军，称即使再守10年，蒙军也无法攻下钓鱼城。相形之下，城外蒙军的境况就 很糟了。蒙军久屯于坚城之下，又值酷暑季节，蒙古人本来畏暑恶湿，加以水土不服， 导致军中暑热、疟疠、霍乱等疾病流行，情况相当严重。据《元史》记载，蒙哥汗于六月也患上了病，而拉施特《史集》更明确说是得了痢疫。另《马可·波罗游记》和明万历《合州志》等书则称蒙哥汗是负了伤。无论如何，蒙哥不能再坚持攻城了。七月，蒙 军自钓鱼城撤退，行至金剑山温汤峡（今重庆北温泉），蒙哥死亡。据《元史》本传及元人文集中的碑传、行状等所载，不少随蒙哥出征的将领战死于钓鱼城下，由此可以想见钓鱼城之战之酷烈及蒙军损失之严重。
