蒙哥即位大汗后，开始对南宋的进攻，做出了新的部署。
由于四川宋军防守严密，蒙古大军不敢轻易进攻。
因此采取了绕道吐蕃，进攻云南的大理，然后南北合兵进攻南宋的战略方针。
1252年6月，忽必烈到曲先脑儿(蒙古驻夏之地)，朝见蒙哥。
蒙哥命令忽必烈率领蒙古大军，征讨云南。
蒙古的老将兀良哈台(速不台之子)总督军事，还有随行诸宗王50多人。
姚枢、刘秉忠等人，随军参谋。
早在唐朝时期，云南就由南昭国(乌蛮族，即是今彝族建立的政权)统治。
到了宋朝时期，白蛮族(今白族)取得了政权，建立了以大理(今云南大理)为首都的大理国。
其统治范围，包括今天的云南、贵州、广西西部和四川南部，以及缅甸、泰国和老挝的一些地方。
主要民族是乌蛮和白蛮。
其他的还有摩些(今纳西族)、和泥(今哈尼族)、金牙、白夷（今傣族）等，加上与少数民族杂居的汉族。
这时的大理国，国事衰落，内政腐败，阶级矛盾尖锐。
因此，有些地区的少数民族正在逐渐摆脱大理国的统治，不听取大理国的命令。
1252年秋，忽必烈从蒙古起兵南下。
到了第二年夏，忽必烈率军驻屯六盘山，等待诸军齐集、粮响、武器充足后，再进攻大理。
1253年秋，忽必烈取道吐蕃前往大理。
当时的吐蕃处于四分五裂状态。
蒙古强大起来后，在西夏灭亡之前，就有一些吐蕃地方势力已经向蒙古屈服。
后来，窝阔台派阔端与萨斯迦派宗教的首领萨迦班智达，达成了协议。
吐蕃正式接受蒙古大汗规定的各种制度。
入藏后，忽必烈击败了反抗的吐蕃军队。
至此，吐蕃彻底归附于蒙古。
不久，忽必烈和兀良哈台率军进入大理内，然后分兵三路前进。
兀良哈台率领一支军队，从西路晏当(今云南丽江北部)进入。
蒙古诸王抄合，也只烈率领东路军，从白蛮(今西昌，会理)进入。
忽必烈率领中路军，穿过大雪山，渡过大渡河，穿过山谷2000多里，抵达金沙江北岸。
忽必烈军队乘革囊和木械渡过金沙江，分别招降了大理以北400多里的摩些等部落。
同年的冬天，西路军来到这里会合。
随后，忽必烈派遣使臣，进入大理招降。
大理拒绝投降，并杀死蒙古使臣。
忽必烈勃然大怒，立即与兀良哈台分兵进攻大理。
兀良哈台攻破了大理北部的龙首关(上关)。
大理国主段兴智与权臣高祥、高和兄弟，弃城逃跑。
忽必烈军与兀良哈台会合，顺利进入大理城。
进入大理后，忽必烈本想屠城，以示惩罚。
汉人刘秉忠、姚枢等人，纷纷劝阻。
忽必烈命姚枢帛裂为旗，写上止杀的命令，传示于城内大街小巷，以安民心，大理居民这才得以保全。
他还命姚枢等人搜访大理国图书典籍。
这时的东路兵取道吐蕃，也到达了大理。
忽必烈命人率军追击高祥兄弟，后来擒斩于姚州(今云南姚安)。
1254年春，忽必烈率军北返，留下兀良哈台率军留卫大理，命人继续征服未降附的部落。
并任命刘时中为宣抚使，治理云南地区。
同年秋，兀良哈台继续向东追击段兴智，进取善阐(又称押赤，今云南昆明)。
蒙军用炮轰、纵火等方式，发动猛攻。
善阐军民坚持了七天，最终城池陷落。
段兴智逃至昆泽(今云南宜良)，最终被蒙军俘虏。
兀良哈台派人押送段兴智等首领，到蒙古见大汗蒙哥。
蒙哥施以怀柔政策，赐予金牌，让他们回去继续管理原来的地区。
段兴智回大理后，献出地图，统一自己的军队，亲自引导兀良哈台相继征服抵抗的各个部落。
经过两年的激战，蒙古军先后征服了赤秃哥(今贵州西部)、罗罗斯(今四川凉山彝族自治州)、白蛮波丽国(今元江)。
到此为止，大理五城八府四郡之地，以及大部分乌蛮、白蛮归属于蒙古。
兀良哈台在云南设立统治机构，管理该地区的事务。
忽必烈用武力征服了大理，并通过征服统一了大理的各。
之后又按照中原的封建制度，设置郡县，并在大理屯田耕种，不断推广中原地区的先进生产技术，传播科学文化。
这使云南经济文化不断进步，对我国多民族国家的形成与发展，发挥了积极的作用。
