在长江下游对宋朝发起正面进攻之前，忽必烈遵照蒙哥的命令侧击敌人。大约1252年10月，忽必烈与大将军速不台之子兀良哈台一起离开了陕西，经四川而进入云南。云南当时尚不属于中国，它自8世纪起就形成了一个独立王国，即南诏，或名大理，它是由罗罗人或名傣人居住的非中国人的国家，由于处在地势复杂的山区，南诏总是能够保持完整的独立。忽必烈攻占其都城大理和善阐（云南府，也许是平定乡），被中国人称为段兴智的大理王在善阐避难（1253年）。忽必烈允许大理王作为“摩诃罗嵯”继续保留王位，但在他身旁安置了一位投降蒙古的中国人刘时中为蒙古行政官。尽管旧王朝保留了下来，但是整个云南被分割为若干蒙古军事管辖区。接着，兀良哈台攻吐蕃，迫使他们——至少是与云南邻近的那些吐蕃人——承认了蒙古宗主权。

　　1257年年底，兀良哈台攻安南国（都城河内）。兀良哈台从云南南下到东京平原，掠夺河内城（1257年12月），其后，安南王陈太宗感到承认自己是蒙古人的属臣是明智的（1258年3月）。

　　1258年9月，在蒙古举行的库里勒台上，蒙哥决定要亲自领导征宋战争。10月，他率蒙古主军从陕西到四川，大约在1258年左右夺取保宁，尽管他全力以赴，但是，他未能夺取合州（今合川），由于合州地处嘉陵江及其两条支流的合流处，因此是战略要地。在围合州时，蒙哥染上痢疾，于1259年8月11日在该城附近病故。

　　蒙哥死时，其弟忽必烈正率领另一支蒙军从河北南下，围攻长江中游湖北省汉口对岸的鄂州（今武昌）。同时，兀良哈台（他已于1257年底从东京平原回到云南）离开云南，前往广西，他在广西攻桂林，接着又到湖南攻长沙。这样，当蒙哥去世时，宋朝已是北、西、南三面同时被围．蒙哥的去世使它获得了短时的喘息。忽必烈确实希望腾出手来争夺成吉思汗国的继承权，他急忙与宋臣贾似道和谈，或签订停战协议——以长江作两个帝国的共同边界线，忽必烈率军返回河北。