寶佑六年七月，蒙哥汗統兵4萬，號10萬，自六盤山(今寧夏境)分兵三路進攻四川。十二月，攻占川西、川北大部州縣，進抵武勝山(今武勝縣城附近)，準備進攻合州，宋將余玠已將合州治所移於釣魚城。釣魚城坐落在今四川省合川縣城東5公裏的釣魚山頂，其山突兀聳立，相對高度約
300米。處嘉陵江、渠江、涪江匯合處，南、北、西三面環水，壁壘懸江，城周十二三裏，均築高數丈的石墻，南北各建壹條延至江中的壹字城墻；城內有大小池塘13個，井92眼，可謂兵精糧足，水源充足；江邊築設水師碼頭，布有戰船，上可控三江，下可屏蔽重慶(今重慶市)，是支撐四川戰局的防禦要塞，地勢十分險要。蒙哥派降將晉國寶入釣魚城招降，被王堅所殺。九年正月，蒙哥汗恃其兵強馬壯，不納術速忽裏避開堅城，迂回夔、萬東下的建策，無視天候、地理的不利條件，決心攻下釣魚城。遂遣諸王末哥攻禮義山城(今渠江東北，俗稱三教寺寨)，曳剌禿魯雄攻平梁山城(今四川巴中西)，命宋降將楊大淵率軍突襲合州舊城，切斷外圍諸城與釣魚城的聯系。同時，令四川都元帥紐璘自成都趨涪州藺市(今四川涪陵西)造浮橋，斷絕宋援。又在銅羅峽據險為壘，阻遏重慶宋軍北進。二月二日，蒙哥汗率軍渡過雞爪灘(今釣魚城東北雞心石)，駐於城東石子山，三日，蒙哥親督諸軍攻釣魚城。七日，蒙軍攻壹字城墻。九日，蒙軍猛攻鎮西門，不克。這日，蒙古東道軍史天澤率部也到達釣魚城參戰。三月，連續進攻城東之東新門、奇勝門、鎮西門、小堡等處，但在宋守城軍民頑強抗擊下，均遭失敗。四月三日，連降大雨20天。二十二日初晴，蒙古軍偷襲城南護國門未逞。次日深夜，攻破城北出奇門至嘉陵江壹側的壹字城，但被王堅率勇士力戰奪回。宋理宗聞訊，下詔嘉獎，鼓勵合州軍民。釣魚城久攻不下，蒙哥汗命諸將“議進取之計”。術速忽裏認為，頓兵堅城之下是
不利的，不如留少量軍隊困擾之，而以主力沿長江水陸東下，與忽必烈等軍會師，壹舉滅掉南宋。然而驕橫自負的眾將領卻主張強攻堅城，反以術速忽裏之言為迂。蒙哥汗未采納術速忽裏的建議，決意繼續攻城。蒙軍大舉攻蜀後，南宋對四川采取了大規模的救援行動，但增援釣魚城的宋軍為蒙軍所阻，始終未能進抵釣魚城下。盡管如此，被圍攻達數月之久的釣魚城依然物資充裕，守軍鬥誌高昂。壹日，南宋守軍將重15公斤的鮮魚兩尾及蒸面餅百余張拋給城外蒙軍，並投書蒙軍，稱即使再守10年，蒙軍也無法攻下釣魚城。相形之下，城外蒙軍的境況就很糟了。蒙軍久屯於堅城之下，又值酷暑季節，蒙古人本來畏暑惡濕，加以水土不服，導致軍中暑熱、瘧癘、霍亂等疾病流行，情況相當嚴重。六月初，四川制置副使呂文德率戰船萬艘，溯江而上，沖破蒙古軍的封鎖進入重慶。後又率艦千余艘沿嘉陵江北上，救援合州，至三槽山西，遇蒙古軍阻截。經略使史天澤分軍為兩翼，跨江側射，親率舟師順流縱擊，奪宋戰船百余艘，擊退其援軍，乘勢追至重慶而返。時天氣大熱，瘟病流行，蒙古軍戰鬥力大減。王堅乘機多次夜襲蒙古軍營地，使其人人驚恐，夜不得安。初五日晨，蒙古軍前鋒元帥汪德臣率軍乘夜突破外城馬軍寨，王堅率兵拒戰。天將亮時，下起雨來，蒙軍攻城雲梯又被折斷，被迫撤退。蒙軍攻城5個月而不能下，汪德臣遂單騎至釣魚城下勸降，被城上飛石擊中，不久死於縉雲山寺廟中。蒙哥汗大怒，命軍在東新門外築臺建樓，窺探城內虛實以便決戰。七月二十壹日，蒙哥汗親臨現場指揮，中飛石受傷。二十七日，卒於軍中(壹說染病而死)。蒙古軍遂撤圍北還。