就在忽必烈攻灭大理的时候，1254年的春天，四川北部遭遇大旱灾，嘉陵江水浅得无法行舟，当时正是蒙军汪德臣部在益昌兴建基地的时候，由于蒙军缺乏粮食，不得不提前对四川进行攻击抢粮。这时候的余玠已经被撤职查办了。
由于新任的四川制置使余晦在四川横征暴敛，弄得人心离散。4月，蒙军进入剑阁地区，宋将南永忠、高贵等献隆庆府投降蒙军，隆庆教授郑炳孙不愿随南永忠投降蒙军，先缢死其妻女，然后穿着朝服自缢而死。川北要隘苦竹隘等落入蒙军手中。余晦率宋军北上，意图抵御蒙军。
5月，奉蒙哥汗的旨意，率兵来攻打四川的蒙军都元帅帖哥火鲁赤等部到达利州，会合汪德臣部准备南攻。蒙军突袭驻扎在紫金山（今盐亭）的宋军余晦大营，宋军大败，军饷器械全部丢失，余晦逃回后方之后，便因紫金山之败被南宋朝廷解除职务，由李曾伯专职负责四川防务。6月，蒙军进入合州、广安境内，一支部队再次包围嘉定达五十天，不过仍然未能攻下嘉定。由于南永忠等的投降，苦竹隘和周围的许多山顶城寨都落到了蒙军手里，只剩下几座孤城，在宋将王佐、王坚的坚守下得保不失。叛将南永忠曾率兵围攻，给王坚骂得号啕痛哭而退。
李曾伯上任之后，宋军开始在这局部地区展开反攻，而蒙军也开始收缩退兵。8月，宋军收复安西堡。10月，宋军统制段元鑑收复隆庆堡，之后宋军以安西堡为基地，准备收复苦竹隘。12月，叛将南永忠手下将领周德荣想重新效忠南宋，密约段元鑑收复苦竹隘，不料被蒙军发现，周德荣被擒不屈而死，接应的宋将马徽、白端等也战死。不过宋军整兵之后再次攻打，经过苦战终于收复失守了八个月之久的苦竹隘。由于安西、隆庆、苦竹等地相继被宋军收复，蒙军不得不撤出剑阁地区，退回益昌基地。
但是，到这个时候，蒙军已经在益昌初步建立基地，开始在四川站稳脚跟，而大理又已经平定，蒙军拥有对四川的战略优势，于是蒙哥汗又谋划了一次对四川的三路夹击行动，来作为对大举入侵的演习。为此，蒙哥汗命令益昌基地的蒙军、兴元基地的蒙军和大理地区的蒙军于第二年（公元1255年）攻打南宋四川地区，并在四川地区的宋军防御中枢——重庆地区会师。
于是，1255年春，兴元地区的蒙古军队便开始沿金牛道南下，前锋万户刘七哥、阿剌鲁阿力等率蒙军进攻巴州（今巴中），不料反为宋军击败，被包围于巴州地区，直到蒙将速哥、忽都、扎里等率部援救，才突破包围并继续南进，这一路由于屡遭宋军抵抗，直到11月才进到重庆地区。
另一路帖哥火鲁赤的蒙军在休整几个月后，于1255年5月从益昌出发，以南宋叛将南永忠等为前锋，再次攻破苦竹隘，击败宋将孟达，截获宋军的大批物资，之后进至运山城。遭遇宋军的坚强抵抗无法攻克，于是再转道南进，于11月也到达重庆地区。
最后一路是从云南北上的兀良合台军。兀良合台是蒙军名将速不台的儿子，随同忽必烈出征大理。忽必烈于攻占大理城后先行班师，留下兀良合台部平定大理残余势力，并以云南为基地，图谋进攻南宋西南地区。1255年8月，兀良合台从大理出发，沿途征服西南各族，到10月进入南宋国境，攻破南宋边关石门关。兀良合台部原本计划直攻南宋在西南边陲的重镇叙州，但遭到宋军都统张的坚强抵抗。张实是当时四川战场上有名的宋军将领，他用各种方法从水路陆路给蒙军以打击，两军沿金沙江一带展开激战，蒙军最终无法沿金沙江前进，兀良合台便只能率军掉头东向，改变目标向重庆地区急进。
这样，到1255年的11月，三路蒙军历尽艰辛抵达重庆地区会师，师老兵疲之余，也无法对重庆地区的各坚固要隘发动攻击，到1256年2月，全部退回原地。
蒙军这次三路会师，表面上来看对蒙军不利，然而蒙军通过这次进攻，验证了战略上分路南北夹击四川的可能性，为蒙哥汗的亲征四川做了战略探路和准备。同时，南宋朝廷也通过这次入侵，察觉到西南防务的不足。其实早在十年前孟珙还在世的时候，他在提出藩篱三层理论的同时，便指出南宋防务上的几个不足，其中之一就是广西贵州到川南地区面向西南的防御不足，这样蒙军虽然因藩篱三层的抵御而无法迂回包抄荆襄战场，却可以绕道西南，从云南进攻广西湖南，做战略上的更大迂回，也即绕到宋军防御的后面。不过当时的南宋朝廷还未能重视这点。这次蒙军三路会师之后，南宋便不得不重视对云南的防务了。
由于蒙古军的战略重点是西征，所以蒙古第一次南侵未尽全力而草草结束，同样，南宋方面也没有做好全面防御的准备。宋蒙之间真正惨烈的战争才刚刚拉开序幕。
忽必烈会见八思巴
忽必烈征服大理后，回到金莲川，又令刘秉中等营建宫城，作为驻跸之所，定名为开平府（在今内蒙古正蓝旗东五十里）。蒙哥自谓“遵祖宗之法，不蹈袭他国所为”，对忽必烈的做法极为不满。这一斗争于1257年（元宪宗七年）春突然趋于激烈，“阿蓝答儿当国，惮世祖英武，谗于宪宗”。蒙哥汗下令解除忽必烈的兵权，派遣其亲信大臣阿兰答儿、刘太平等到陕西、京兆、河南等地全面清算钱谷，设钩考局，大行钩考（清查）财赋。这次钩考，表面上是检查京兆与河南的财赋，实际上是要否定忽必烈用汉人治汉地的成绩，并彻底瓦解他的势力。清查的对象集中在忽必烈所设置的经略司、宣抚司等机构的大小官员，阿蓝答儿等颁布了清查条例《一百四十二条》，几乎所有忽必烈藩府的旧臣都被罗织在内。由于姚枢献计献策，才使忽必烈躲过了这场灾难。（具体经过见前。）化险为夷的忽必烈，开始韬光养晦地信奉起佛教来，他拜了一位密宗的高僧为师，此人便是大名鼎鼎的八思巴。
八思巴（1235年至1280年）是元代第一代帝师（即元代皇帝从西藏请来喇嘛充当的一种最高神职），法名罗追坚藏（智幛吉祥贤），尊称八思巴，意为圣者。西藏佛教萨迦派第五代师祖。
八思巴十岁时随萨班（其叔父萨迦班智达，简称萨班）前往内地。途经西藏时，由萨班任堪布（藏传佛教中主持授戒者之称号），苏浦哇任阿胡黎，剃度出家，授了沙弥戒，起法名为罗追坚赞贝桑布。到达凉州后，八思巴在七年中不离萨班左右，虚心求教并融汇于心。萨班临去世时，看到八思巴已经能够担任教法的重任，就把自己的法螺和钵盂传授给他，并将众弟子也托付给他，萨班教导八思巴道：“你利益佛法和有情众生的时机已经到来。”完成了向他托付教法的程序。八思巴很好地完成了超度萨班的法事，护持萨班在凉州的弟子和信徒，并像先前一样学习佛法和修习，这样又在凉州居住了两年。
公元1252年，即藏历第四饶迥的水鼠年，忽必烈率兵南征，在征服了大理（今云南省境内）后凯旋返回。公元1253年，即第四饶迥的水牛年，忽必烈与八思巴举行了会见。此后，将八思巴兄弟迎请到叫做上都（今内蒙古自治区境内）的宫殿中。当时八思巴还不到十九岁，忽必烈向他询问许多别人难以解答的问题，他都完整答复。八思巴还谈到历史上吐蕃和唐朝之间有时交战、有时亲密和好的情况，忽必烈对八思巴道，如果真是这样，在前朝的文书中应当有记载，派人去查阅，果然相符，忽必烈更加欢喜。此后忽必烈对八思巴谈起派人到西藏征集兵差劳役和赋税的事情，八思巴说西藏是边区的小地方，田土不多，人民贫困，请求不要征派差税。忽必烈没有同意，八思巴心中不悦，说如果这样，西藏的僧人也没有必要来这里住留，请允许我返回自己的家乡。忽必烈爽快地答应了，允许他离去。当时忽必烈的一位名叫察必的王妃对他道，这样的僧人很少见，不应放他回西藏，你们应继续讲论，最好是向他请求佛法方面的问题。忽必烈听从了察必的意见，继续与八思巴谈论了许多问题。
八思巴在上都居住的几年之中，忽必烈只是跟从他初步听受过一些佛法。公元1254年，即藏历第四饶迥木虎年，忽必烈赐给萨迦派一份被称为“褒护僧人的诏书”的文书，主要内容是：“依上师三宝的护持、天命之主成吉思汗及蒙哥大汗的福德，为利益佛法，忽必烈诏曰：‘真实佛陀释迦牟尼具有不可夺移之智慧及无边之慈悲，具足福德二资粮如满月，犹如日轮破除黑暗，犹如兽王狮子战胜邪魔外道。我与察必可敦（蒙古语对皇后、王妃的称呼）对其功德、事业及教法生起信仰，在先前已担任教法及僧众之主，现今又从法主萨迦巴、上师八思巴处获得信心，遵奉教法，于阴水牛年接受灌顶，听受众多教法。尤其因为我为教法及僧众之主，看视上师八思巴的情面，故而以此护持藏地方三宝之所依处及僧众不受侵害之诏书奉献于佛法。此外，已赐给上师八思巴黄金及珍珠装饰之袈裟、长坎肩、珠宝装具、法衣、帽、靴、坐垫等，另外还有黄金伞盖、金座、金杵、金爵、宝柄腰刀，又赐黄金一大锭、银四大锭，乘驼、骡、全套黄金鞍辔。复于虎年为法缘又赐给白银五十六大锭、茶二百包、锦缎一百一十匹。总之，作为布施已赐给诏书及各种物品。你等僧人，当知晓此意，不然如何遵奉诏令。你等僧人不可争官位，官多呵不好，亦不可依恃诏书欺凌他人。你等僧人不从军、不征战，依着释迦牟尼的教法，懂得的呵讲，不懂的呵听，专力问法、诵经、修持，祷告上天，为我祈福。或有人曰，不必学经，修持即可。不学经呵如何修持，懂然后修持么！老僧们当用言语教幼僧学法，幼僧于老僧处听经。你等僧人已免兵差、赋税、劳役，此是上师及三宝之恩德，你等岂有不知乎？若你等不遵行释迦牟尼教法，则蒙古人众必曰：释迦牟尼教法真正可行吗？岂不要问罪于你等耶？你们不可以为蒙古人对此一概不知，偶然会有一次两次不知，最终也必知之。你等僧人不可做歹事，不可使我在人面前丢脸。你等应依照教法行事，告天祈福，你等的施主由我担任。’此是汗王的诏书，阳木虎年（1254年）仲夏月（5月）9日于汉藏交界之地的上都写就。”
从上述的诏书中，可以清楚地知道在八思巴初次向忽必烈传授灌顶之时，忽必烈向八思巴奉献了哪些东西作为供养。
公元1255年，即藏历第四饶迥的木兔年，众生依怙八思巴于21岁时前往汉地和蒙古交界的忒剌地方，以涅塘曲杰扎巴僧格为堪布，以觉丹巴索南坚赞为阿胡黎，以雅隆巴绛曲坚赞为屏教师，在二十名具信比丘之中接受了具足戒。此后返回上都，并在1257年前往五台山，广泛听习和闻思佛法。1258年（藏历第四饶迥土马年），上师八思巴在开平的王宫中奉忽必烈之命参加佛教与道教之间的大辩论。佛教与道教之间的这场大辩论又是如何引起来的呢？说来话长，这竟缘于一本民间流传的《老子化胡经》。
《老子化胡经》
蒙哥即位后，继续执行成吉思汗的宗教信仰自由政策，虽然他本人信奉萨满教，但对佛教、道教、景教等也没有任何偏见。开始他任命海云和尚掌管全国佛教事务，令道士李志常掌管道教事务；后来又封出生于克什米尔的僧人那摩为国师，掌天下释教。当时道教全真派弟子凭借成吉思汗的支持，在燕京、河北及晋北地区势力迅速膨胀，欺压佛教徒，甚至将四百余所佛寺改为道观。
除此之外，全真派道士还到处宣扬一本《老子化胡经》，说什么当年老子骑青牛西游，最后到了古天竺，投胎于佛祖母亲腹中，成为释迦牟尼的化身，实际上是想借此在佛道两派之争中取得优势地位。他们不仅在民间广泛散布，甚至“上播朝廷”，“遍散朝廷近臣”。
这种做法自然会引起佛门弟子的不满。宪宗四年（1254），蒙哥令阿里不哥主持了一场宗教辩论会。当时蒙哥派了三个书记官，宣布了辩论的规则，佛教与伊斯兰教、基督教徒们联合在一起，对道士们进行批驳，鲁不鲁乞则趁机大力宣扬他有关上帝的理论，全真派道士只是迫于当时的压力，以沉默表示自己的不服与反抗。道士们自知败局已定，参加辩论已完全是为荣誉而战的表演了！
蒙哥大汗既不偏袒佛教，也不偏袒基督教，而是“酷信巫觋卜筮之术”，他认为欧洲传教士所说的“上帝”，也不过是蒙古萨满教所说的“长生天”而已。对于全真派以势压人的做法，蒙哥大汗也不认可，当阿里不哥向他汇报了宗教大辩论的结果时，他曾于1255年将道教首领李志常和佛教代表福裕等召到自己身边进行面训，“李志常等理屈词穷，奉旨焚伪经，还佛寺三十七所”。但在具体落实蒙哥的命令时，道士们又阳奉阴违，尤其不愿意交还佛门的庙产，而《老子化胡经》照样在社会上流传。
《老子化胡经》曾经是道教的一部经典，相传作者是道士王浮，南朝僧佑在他《三藏集》中的《法祖法师传》里说：“昔，祖（师）平素之日，与浮（王浮）争正邪，浮屡曲，即竟不自忍，乃作《老子化胡经》，以诬谤佛法。”王浮是西晋时的道士，而且是一位道教的祭酒（领袖）。最早《老子化胡经》的作者是王浮，得到了佛教文献的旁证。该书主要的内容是认为，老子出关西去之后，把他的教导传化于西域，并特别指出，所谓印度佛教乃是渊源于老子的教导。《老子化胡经》中的“化”字，包含了教化、宣化与转化的意义，“胡”自然就是洋人、外国或外国人的意思。长时期内，中国人除了中国的汉族以外，所有的外族或外国，一律广义地称之曰“胡”。最初《老子化胡经》的“胡”字，是狭义地专指佛祖释迦牟尼和佛教。
佛教最早正式从印度传到中国，是东汉明帝刘庄的杰作。有一晚，刘庄做了个梦，梦见有一个大人，驰走殿庭，正要问他话，他却飞走了。醒来尚觉惊悸，早朝时便把梦境讲述给群臣听。博士傅毅奏道：”臣闻西方有神，其名曰佛。佛有佛经，即有佛教。昔武帝时，霍去病出讨西域，休屠王曾贡金佛像一尊，置诸甘泉宫中。想来陛下所梦，莫非即是佛的幻影。”刘庄听了，十分好奇，即遣郎中秦景、蔡愔出使天竺，求取佛像佛经，于是取来佛像与佛经四十二卷，用白马驮回。刘庄看到佛像，也并不是梦中的人；那些佛经都是梵文，也没有人看得懂。明帝即命在洛阳建寺，取名白马寺，放置佛经，让同来的两个天竺沙门住宿。渐渐有人去跟沙门学习佛法，中国儒家的士大夫们首先提出反对，认为佛教是夷狄乱言，无父无君，应该废除。