然罢免丁大全并不能解决燃眉之急，各路攻宋的蒙古军均进军顺利，节节进逼京湖战场，忽必烈绕过襄阳，强渡淮河，进兵重镇鄂州。又分兵攻打江西；在两淮战场，李璮攻破宋军东海防线，占领海州。李璮为传奇夫妇李全、杨妙真之子，若不是其人另有私心，不愿意自身实力遭到削弱，很快退兵回了山东，只怕宋军损失更大；而在四川战场，蒙哥大汗亲率的主力大军更是势如破竹，如风卷残云，占领了四川绝大部分地区，最终进围山城防御枢纽钓鱼城；由大理北上的兀良合台则纵横湖南，抵至潭州。
由于蒙古军已深入湖南、江西腹地，大有威胁京师临安之虞，宋廷震恐，一时迁都之议骤起。大宦官董宋臣力劝宋理宗迁都四明以避战火。左丞相兼枢密使吴潜表示赞成，并自愿留守临安。军器监何子举、监察御史朱貔孙等人上疏反对，谏言迁都将引起“三边”将士瓦解、盗贼蜂起。皇后谢道清也奏请皇帝留驻临安以安人心。彼时宋理宗正因立太子一事而猜忌吴潜，担心对方仿效张邦昌故伎，决定留在临安，迁都之议遂止。
就在人心惶惶的关键时刻，四川钓鱼城主帅王坚率军民坚守山城，副帅张珏更是以炮石击中蒙古大汗蒙哥，蒙哥伤重死去。蒙古军失去主帅，不得不全线退兵北返，钓鱼城之围由此而解。
蒙哥死后，蒙古军深怕动摇军心，刻意掩盖消息。蒙哥之弟忽必烈正加紧攻打鄂州。他先是从被俘虏的南宋前哨口中得知兄长战死钓鱼城的消息，十分惊愕，一时不能确定真伪，为了防止这一“谣言”惑乱军心，只秘密将南宋前哨处死。没过多久，其庶弟末哥派人从合州赶来，告知蒙哥意外身死的消息，并劝忽必烈立即动身北返，好继承汗位。
蒙哥生前没有指定继承者，他的意外殒命，令蒙古汗位骤然虚悬。国不能无主，推举新一任大汗顿时成为蒙古的当务之急。蒙哥在位时，曾用铁血手段进行了大清洗，别系宗王势力均被削弱，有实力继承汗位者只在拖雷这一系内，无非是蒙哥的儿子或弟弟。论年纪、名望、资历，又以蒙哥四弟忽必烈和六弟旭烈兀最为突出。旭烈兀实力雄厚，兵强马壮，可惜人正在西征途中，山高路远，最快也要几个月后才能得知消息，无论如何来不及赶回蒙古本土争夺汗位。因而综合而论，在目下的局面下，忽必烈最有优势。忽必烈早对大汗之位朝思暮想、觊觎已久，然其人深谋远虑，目光放得更加长远一一
蒙古军南下之前，他因为大力延揽汉族儒士、推行汉化政策，被兄长蒙哥猜忌，剥夺了兵权，刚好诸王塔察儿攻东线无功受责，才改由他临时替代，担任进攻鄂州一线的主帅。而目下鄂州之战正进入关键性阶段，倘若就此放弃，就等于此次大规模南征无功而返。蒙古人素来崇尚英雄，倘若他能立一场大功，在兄汗己战死四川的情况下，势必能大大增加他的政治资本，令他重新树立威名。比起实力更加强劲的弟弟旭烈兀来，他已占尽天时地利，只需多一项人和，而机会恰在眼前。之前因为四川受到蒙古军主力大举进攻，危若累卵，宋廷将大部分守军调去增援四川，鄂州城防空虚，城中只有都统权州事张胜主事，只要集中精锐兵力攻城，鄂州指日可下。
正是基于这些考虑，忽必烈不愿意功亏一篑，决意要尽快攻下鄂州，再顺长江东下，直逼临安。
鄂州为南宋军事重镇。时人有云：“天下之形势，以湖广言之，则重在荆州；以东南言之，则重在武昌；以天下言之，则重在襄阳。”“武昌”即鄂州古名，为三国东吴孙权所取，寓“以武而昌”之义。由于鄂州地处长江中游要冲，扼汉水入口，溯长江而上可通四川，溯汉水而上可通襄阳，其得失关系整个东南，宋廷极为重视，宋理宗甚至专门下“责己诏”，调派大批人马赶赴鄂州增援。名将高达率先突破了蒙古军的包围圈，闯进鄂州城，与守将张胜合兵，并力拒守。而忽必烈也是势在必得。一边猛烈进攻，攻城益急，一边竭力拒守，守城益坚，双方各自出尽全力，战事十分激烈，处于胶着状态。
两个月后，宋援兵陆续赶往鄂州，增援四川的名将吕文德调任京湖制置使，自四川挥师东下，乘夜色冲破蒙古军包围，进入鄂州城中。鄂州的防御力量由此得到加强。新上任的右丞相兼枢密使贾似道也从汉阳移军黄，扼守长江冲要，以阻截蒙古军顺江东下。而蒙古军因水土不服，军中疾疫流行，无力再进行更大的突破。
就在局面对宋军有利之时，贾似道私下派宋京为使者，到蒙古军营求和。贾似道为故淮东制置使贾涉之子、贾贵妃之弟，年少时好游乐赌博，并无真才实学，全仗其姊有宠于理宗皇帝才得以进用，得任重职。蒙古军虽攻势大减，但攻城持续三个多月，宋方亦损失惨重，鄂州城外死伤多达一万三千余人，鄂州都统张胜亦战死。贾似道本无军事才干，见忽必烈一再扬言要攻占鄂州、再进逼临安，心中恐慌不已，便自作主张派使者前去求和，表示愿意称臣纳贡。
忽必烈早看透了宋人懦弱无能的真面目，断然拒绝。这时候，忽必烈妻子察必派人前来密报蒙哥最小的弟弟阿里不哥正在蒙古大本营谋立大汗，催促忽必烈立即北返。忽必烈因急于争夺汗位，便接受姚枢、郝经等幕僚的建议，决定立即撤军，临行前虚张声势，扬言要进攻临安。贾似道愈发紧张，正好此时传来蒙古大汗蒙哥的死讯，他这才稍稍舒了口气。
在如此局面下，畏敌如虎的贾似道不乘机出击，反而再派宋京前往蒙古军营，请忽必烈派人前来议和。忽必烈正待出发北归，便干脆顺水推舟，派赵璧前往宋军军营议和。但忽必烈并没有谈和的诚意，只不过想借此稳住贾似道，免得退兵时被宋军尾追袭击，因而他事先与赵璧约定：“你登城后，必谨视我方旗帜，旗子一动，速归可也。”
赵璧入城后，谈判在城头进行。贾似道的谈判代表提出：请蒙古军北撤，南宋向蒙古称臣，降为藩属；两国以长江为界，南宋全部割让江北土地：南宋每年向蒙古进贡银币二十万两，绸缎二十万匹。赵璧尚不及回答，远远见到蒙古军营摇旗相招，便立即动身离去，临别时说：“他日再议。”当天，忽必烈大军即拔营北返，鄂州之围遂解。这个所谓的和议即成为初步的口头协议。
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