阿里不哥提出作战方案，蒙哥给予支持，忽必烈表示反对，他建议绕道大理向蜀进发，刘秉忠知道不宜打持久战。蒙哥命塔察儿率左翼攻打京湖、两淮，他亲率大军从右翼攻打蜀州，阿里不可留在和林主管政务，蒙哥让忽必烈先回去原地待命，忽必烈对蒙哥的决定十分担心，忽必烈想安静一下，他让人不要打扰。

公元1256年，蒙哥将蒙古军队分为西路、东路、中路三股大军分割大宋，蒙哥亲率中路军进入四川，蒙古大军势如破竹，到公元1258年年底，蒙哥率领的中路军渡鸡爪滩至石子山，在短短的几个月时间里拿下大小城池四十余座，同时东西两路大军的进展也很顺利，战状看上去对蒙军十分有利，但蒙哥还是低估了宋军实力。

蒙哥率军来到钓鱼城附近，他想一月内拿下。蒙军来到钓鱼城下准备攻城，宋军顽强抵抗，蒙军受阻，士兵死伤惨重。忽必烈看到前线传来的加急战报后担心蒙哥被坚持不住，他知道城外会有一场恶战。钓鱼城久攻不下让蒙哥担忧，宋军守将王坚坚决抵抗，蒙军没占到便宜，王坚命人用箭射杀蒙军送信的士兵。

蒙哥生气之下准备夜袭钓鱼城，但途中遇害到埋伏，路上的火油使得蒙军死伤惨重。王坚了解蒙哥的性格，他知道让蒙军退兵很难，令他担心的是朝中的昏官。连日的阴雨让钓鱼城前一面泥泞，复杂的地形和南方的气候让来自蒙古的士兵很不适应，长达数千里的补给线也是时断时续，蒙哥发现来到钓鱼城后没有事情顺利过，他感到心烦意乱。蒙哥军营中死伤过半，耶律大人提议绕道云南时被拒绝。

蒙哥率军雨夜攻城受阻，他只好撤退。蒙哥收到东路军樊城惨败的消息后十分生气，苏合劝蒙哥择日再战，但蒙哥不听，他坚持不回。蒙哥在雨地里看到蚯蚓后决定挖地道进城，苏合马上前去执行，蒙哥借佯攻之际秘密挖掘地道，但进展缓慢，佯攻的部队被多次打退回去，五条地道在努力之下修通，蒙哥带人回去研究作战方案。