Mặc dù Nam Tống có thể kiềm chế được nhà Kim, nhưng họ lại sắp sửa phải đối mặt với một thế lực mới thống trị vùng thảo nguyên, sa mạc và đồng bằng phía bắc nhà Kim. Người Mông Cổ, do Thành Cát Tư Hãn (trị. 1206–1227) lãnh đạo, ban đầu mới chỉ xâm lược nhà Kim vào hai năm 1205 và 1209 thông qua nhiều cuộc đột kích lớn khắp biên giới, nhưng tới năm 1211, họ quyết định tập hợp một lực lượng khổng lồ để tổng lực chinh phạt nhà Kim. Nhà Kim thất trận, buộc phải phục tùng và cống nạp cho Mông Cổ như một nước chư hầu; khi người Nữ Chân đột ngột dời đô từ Bắc Kinh đến Khai Phong, người Mông Cổ liền cho rằng đây là một động thái nổi loạn. Dưới sự chỉ huy của Oa Khoát Đài (trị. 1229–1241), người Mông Cổ chinh phục cả nhà Kim lẫn Tây Hạ trong hai năm 1233, 1234.Mông Cổ từng liên minh với Nam Tống, nhưng liên minh này nhanh chóng đổ vỡ khi Nam Tống chiếm lại ba cố đô là Khai Phong, Lạc Dương và Trường An ngay khi nhà Kim diệt vong. Sau cuộc xâm lược Đại Việt lần đầu vào năm 1258, tướng Mông Cổ Ngột Lương Hợp Thai tấn công Quảng Tây từ Thăng Long, như một phần chiến lược phối hợp tác chiến vào năm 1259 của người Mông Cổ với các đạo quân chia làm hai nhóm, một nhóm giáp công Tứ Xuyên dưới sự lãnh đạo của Đại hãn Mông Kha, nhóm còn lại tấn công Sơn Đông và Hà Nam. Ngày 11 tháng 8 năm 1259, Mông Kha qua đời giữa cuộc vây hãm pháo đài Điếu Ngư ở Trùng Khánh.Cái chết của Mông Kha và cuộc khủng hoảng kế vị ngay sau đó đã buộc Húc Liệt Ngột kéo phần lớn lực lượng Mông Cổ ra khỏi Trung Đông, nơi họ sẵn sàng chiến đấu với các chiến binh Mamluk (những người đã chặn đứng nhóm quân Mông Cổ còn lại tại Ain Jalut). Dù liên minh với Hốt Tất Liệt, nhưng người của Húc Liệt Ngột cũng chẳng thể giúp gì nhiều trong cuộc chinh phạt Nam Tống do vướng vào cuộc nội chiến với Hãn quốc Kim Trướng.Hốt Tất Liệt tiếp tục nỗ lực tấn công Nam Tống, giành được một chỗ đứng tạm thời ở bờ nam sông Dương Tử. Mùa đông năm 1259, Ngột Lương Hợp Thai lên phía bắc để hội quân với Hốt Tất Liệt lúc này đang bao vây Ngạc Châu, Hồ Bắc. Dù đã sẵn sàng để giành lấy Ngạc Châu, nhưng vì cuộc nội chiến đang chờ xử lý với người em trai A Lý Bất Ca, Hốt Tất Liệt đành phải trở lại phía bắc với phần lớn lực lượng của mình. Khi Hốt Tất Liệt vắng mặt, quân Nam Tống thừa lệnh Thừa tướng Giả Tự Đạo, lập tức tổ chức phản kích và đã thành công trong việc đẩy quân Mông Cổ quay trở lại bờ bắc sông Dương Tử. Tiếp tục có những giao tranh nhỏ dọc biên giới Tống–Mông cho đến năm 1265, khi Hốt Tất Liệt thắng một trận quan trọng ở Tứ Xuyên.Từ năm 1268 đến 1273, Hốt Tất Liệt triển khai hải quân phong tỏa sông Dương Tử và bao vây Tương Dương, chướng ngại vật cuối cùng trên con đường xâm lược lưu vực sông Dương Tử trù phú. Năm 1271, Hốt Tất Liệt chính thức tuyên bố thành lập nhà Nguyên. Năm 1275, 13 vạn quân Nam Tống dưới quyền Giả Tư Đạo bị "tổng tư lệnh" mới bổ nhiệm của Hốt Tất Liệt là tướng Bá Nhan đánh bại. Năm 1276, quân Nguyên kiểm soát hầu hết lãnh thổ Nam Tống, bao gồm cả kinh đô Lâm An.Năm 1279, trong trận Nhai Môn, Trương Hoằng Phạm chỉ huy quân Nguyên dập tắt nỗ lực kháng chiến cuối cùng của Nam Tống trên đồng bằng Châu Giang. Hoàng đế Nam Tống cuối cùng, Tống Thiếu Đế, khi đó mới 13 tuổi, đã tự sát cùng Thừa tướng Lục Tú Phu và 1.300 thành viên hoàng tộc. Bá Nhan theo lệnh Hốt Tất Liệt, không làm hại những thành viên hoàng tộc Nam Tống còn lại; Tống Cung Đế bị phế xuống làm "Doanh quốc công" nhưng rồi cũng bị đày tới Tây Tạng, nơi ông chọn con đường xuất gia. Tống Cung Đế buộc phải tự sát theo lệnh chắt nội của Hốt Tất Liệt, Cách Kiên Hãn, người sợ rằng cựu hoàng Nam Tống sẽ lãnh đạo một cuộc đảo chính. Nhiều hoàng thân Nam Tống vẫn tiếp tục sinh sống và làm việc dưới thời nhà Nguyên, chẳng hạn như Triệu Mạnh Phủ và Triệu Ung.
Mặc dù Nam Tống có thể kiềm chế được nhà Kim, nhưng họ lại sắp sửa phải đối mặt với một thế lực mới thống trị vùng thảo nguyên, sa mạc và đồng bằng phía bắc nhà Kim. Tiếp tục có những giao tranh nhỏ dọc biên giới Tống–Mông cho đến năm 1265, khi Hốt Tất Liệt thắng một trận quan trọng ở Tứ Xuyên.Từ năm 1268 đến 1273, Hốt Tất Liệt triển khai hải quân phong tỏa sông Dương Tử và bao vây Tương Dương, chướng ngại vật cuối cùng trên con đường xâm lược lưu vực sông Dương Tử trù phú.