阿里不哥提出作戰方案，蒙哥給予支持，忽必烈表示反對，他建議繞道大理向蜀進發，劉秉忠知道不宜打持久戰。蒙哥命塔察兒率左翼攻打京湖、兩淮，他親率大軍從右翼攻打蜀州，阿里不可留在和林主管政務，蒙哥讓忽必烈先回去原地待命，忽必烈對蒙哥的決定十分擔心，忽必烈想安靜一下，他讓人不要打擾。

公元1256年，蒙哥將蒙古軍隊分為西路、東路、中路三股大軍分割大宋，蒙哥親率中路軍進入四川，蒙古大軍勢如破竹，到公元1258年年底，蒙哥率領的中路軍渡雞爪灘至石子山，在短短的幾個月時間里拿下大小城池四十余座，同時東西兩路大軍的進展也很順利，戰狀看上去對蒙軍十分有利，但蒙哥還是低估了宋軍實力。

蒙哥率軍來到釣魚城附近，他想一月內拿下。蒙軍來到釣魚城下準備攻城，宋軍頑強抵抗，蒙軍受阻，士兵死傷慘重。忽必烈看到前線傳來的加急戰報后擔心蒙哥被堅持不住，他知道城外會有一場惡戰。釣魚城久攻不下讓蒙哥擔憂，宋軍守將王堅堅決抵抗，蒙軍沒占到便宜，王堅命人用箭射殺蒙軍送信的士兵。

蒙哥生氣之下準備夜襲釣魚城，但途中遇害到埋伏，路上的火油使得蒙軍死傷慘重。王堅了解蒙哥的性格，他知道讓蒙軍退兵很難，令他擔心的是朝中的昏官。連日的陰雨讓釣魚城前一面泥濘，復雜的地形和南方的氣候讓來自蒙古的士兵很不適應，長達數千里的補給線也是時斷時續，蒙哥發現來到釣魚城后沒有事情順利過，他感到心煩意亂。蒙哥軍營中死傷過半，耶律大人提議繞道云南時被拒絕。

蒙哥率軍雨夜攻城受阻，他只好撤退。蒙哥收到東路軍樊城慘敗的消息后十分生氣，蘇合勸蒙哥擇日再戰，但蒙哥不聽，他堅持不回。蒙哥在雨地里看到蚯蚓后決定挖地道進城，蘇合馬上前去執行，蒙哥借佯攻之際秘密挖掘地道，但進展緩慢，佯攻的部隊被多次打退回去，五條地道在努力之下修通，蒙哥帶人回去研究作戰方案。