大理國是白族祖先段思平於937年(後晉天福二年)建立的政權，轄今雲南全境、四川西南部及貴州、越南、緬甸各一部。其國至宋代國勢衰微，段興智大權旁落，由丞相高泰祥代攝國政，內部矛盾日益激化，終於分裂。
本來蒙古人按照原定是計劃肯定是先滅宋朝再滅大理，然而人算不如天算，在世界各地叱吒風雲的蒙古騎兵大軍卻在長江中上游的釣魚臺和襄陽等地遇到了有史以來最大的挫折。尤其是釣魚臺之戰不僅打了40年才攻下，而且還折損了蒙古大汗蒙哥，更是直接改變了世界歷史發展的進程。
蒙哥大汗在位的時候，他的戰略是先南宋後再大理。但是忽必烈對於攻打南宋的難度有著清晰的認識，所以忽必烈在先打南宋還是大理的戰略問題是上有著巨大的分歧。真是這種分歧讓蒙哥自己賭氣帶兵攻打南宋，結果賠了自己的小命又折兵。蒙哥的慘敗也讓忽必烈更加堅定了自己的戰略選擇是正確的。於是當忽必烈繼位之後就實行了先大理後南宋的戰略。
1253年(蒙古憲宗三年、大理天定二年)夏，忽必烈率大軍出蕭關(今寧夏同心南)，經六盤山集結於臨洮(今甘肅)，練兵備戰。同時，蒙哥命便宜都總帥汪德臣率軍入蜀，抵嘉定(四川樂山)，配合忽必烈行動。
九月，忽必烈督軍至忒剌(今甘肅迭部縣達拉溝)，分兵三路南進:兀良合臺率西路沿晏當路(今四川阿壩草原)而進;宗王抄合、也只烈率東路經茂州(今茂汶)趨會川(今會理西)以作牽制;自率中路經滿陀城(今四川漢源北)渡大渡河，沿古青溪道南下，穿行山谷1000餘公里，於十一月初進抵金沙江畔，遣使赴大理國招降。
大理國國王段興智拒絕招降，以丞相高泰祥率軍屯戍金沙江沿線，又遣將領高通率一部駐會川，抵抗蒙古軍。
1253年(蒙古憲宗三年、大理天定二年)十二月初，大理軍與蒙古中、西兩路軍對峙。兀良合臺部越旦當嶺(今雲南中甸境)入大理境，招降麼些部落(今納西族)，佔領三賧(今麗江)，從側後攻擊大理軍主力。
高泰祥見處境危急，匆忙退兵大理都城，馮堅固守。大理城東瀕洱水(今洱海)，西倚點蒼山，北、南有龍首、龍尾兩關為屏障。高泰祥以重兵據咽喉要地龍首關迎戰。
蒙古中、東路軍先後渡金沙江與西路軍會師與龍首關，合力攻擊，全殲大理軍主力，乘勝與十二月十五日佔領都城。段興智、高泰祥潛逃。
忽必烈採納募臣姚樞建議，禁止妄殺，安撫百姓，穩定秩序，並遣軍攻佔附近堡寨，於姚州(今雲南姚安北)俘斬高泰祥。
蒙古軍滅大理後，忽必烈命兀良合臺繼續東征未降服的各部，命劉時中為大理宣撫使，以穩定大理國的統治。忽必烈自己率軍北返。兀良合臺軍進克押赤城。段興智逃往昆澤(今宜良)，被蒙軍俘擄。經過兩年的激戰，又征服了赤禿哥國(即羅施鬼，今貴州西部)，羅羅斯(今四川西昌地區及涼山彝族自治州)，和自蠻波麗國(今元江一帶)。白蠻首領細嵯甫被擒。
兀良合臺征服大理各部後，遣使向蒙哥汗報捷，並將大理國主段興智、波麗國主細嵯甫等人作為俘虜上獻。蒙哥採取懷柔政策，放他們回去繼續統治原屬各部。段興智感激蒙哥便獻出地圖，並親自領兵作前鋒，引導兀良合臺討平繼續抵抗的各部;又向蒙哥提出"治民立賦之法"，以鞏固蒙古對雲南的統治。
1254年(蒙古憲宗四年、大理天定三年)秋，兀良合臺率軍攻佔押赤城(今昆明)，俘降段興智，繼以段氏領所部兵2萬為先鋒，攻克未附城寨，佔領大理全境。
忽必烈作為一個軍事家，選擇先大理後南宋也是有道理的。首先是從正面攻打南宋，比較難以攻下。南宋不僅佔據著長江沿線的各種天險和堡壘，而且很分佈著南宋的大部分軍隊。可以說南宋在長江一線，經過長期的軍事經營，是一道非常堅固有效的防線。蒙古要是想直接正面攻取很可能要付出慘重的代價。其次是南宋的後方比較空虛，駐軍較少不說，防禦工事比長江一帶大大的不如。長久以來在後方，南宋基本上沒有經營任何的戰略要點。蒙古軍隊攻下的難度係數自然大大降低了。另外，蒙古軍隊先打大理也在一定程度上有攻其不備的效果。南宋的將領一直以為蒙古只會正面進攻。蒙古軍隊選擇後方進攻，在一定程度也有奇兵的效果。進一步減少了滅掉南宋的難度。
此戰，是中國戰爭史上一次著名的遠征，忽必烈充分發揮蒙古騎兵的特長，揮軍直入數千裡，沿途招撫吐蕃首領、喇嘛，深遠迂迴攻佔大理國，出奇制勝，形成了對南宋的南北夾擊，對滅亡南宋起到了一定的作用，是中國戰爭史上遠程奔襲的著名戰役。
但蒙古軍也損失慘重，士馬死者數十萬，師至湖南，進攻力量大大減弱。
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