当旭烈兀向西方扩展蒙古势力时，蒙哥正在继续进行着征服南宋王朝的计划。他之所以急于征服南宋，部分原因是由于南宋正在不断蚕食蒙古控制的土地。因此，蒙哥和他的军事幕僚决定采取一个新的战略，从东到西同时开辟几条战线。直接由北向南实施攻击是不够的，很可能导致失败，从西部发起进攻则将对这个汉人王朝造成威胁。但是，位于现云南省的大理王国构成了一个障碍。蒙古人需要首先平定这一地区，然后以它为基地，对南宋发起突袭。1252 年，蒙哥选派他的弟弟忽必烈率领一支远征军深入偏远的大理。
大理是由形形色色的少数民族组成的王国，但几个世纪以来，汉人不断地向那里迁徙。这是中原王朝扩张的合乎逻辑的步骤，因为只要控制了这片疆土，他们就能够畅通无阻地与缅甸、南亚通商。因此，征服大理不仅仅是蒙古人的目标，它肯定也会是任何一个中原王朝的重要目标。
虽然忽必烈在1252年7月就接到了蒙哥汗的命令，但是直到1253 年9月他才动身向大理进发。忽必烈为这次军事行动做了非常详尽的准备工作，不敢有丝毫麻痹大意。他相信，他的军队必须做好一切准备，克服遇到的任何障碍，而物资供应一定要充分，要保证做到应有尽有。进攻大理的准备工作之所以如此重要，是因为这是他的第一个重要任务。在他年届三十六岁的时候，他终于承担起了一个军事重任。他的父亲和哥哥都是在十几岁或者二十岁刚刚出头便担任了远征军的领导任务。由于忽必烈直到成年才得到一个展示自己领导才能的机会，因此他绝不希望失去这个机会。
蒙古领土上两位最有才能的人物跟随他开往大理，一个是兀良哈台，成吉思汗四杰之一速不台的儿子，他接受命令，将率领一支军队进攻西南；而儒学老师姚枢则与他的保护者和主人忽必烈一起前往大理。兀良哈台的作战经验远比忽必烈丰富，而他在战斗中的表现证明了他的价值。汉文资料将此次胜利归功于姚枢，认为他的建议对减少杀戮、促使大理投降起到了决定性作用。但即使他的忠告对这次战役的成功起到了一定作用，中国史学家很可能夸大了他的作用和他的建议的效力。
1253年夏末，忽必烈认为他的准备工作已经就绪，可以去完成他的使命了。于是他在临洮（今陕西省西北部）集结军队，然后开始向南进军。在到达云贵高原之前，他和他的军队必须横越崎岖不平的山地。他们需要穿越四川才能到达大理王国的河谷地带。三条大江环绕着大理王国，它们是萨尔温江（中国境内称“怒江”），湄公河上游（澜沧江） 和长江（金沙江）。从临洮出发前，忽必烈派遣了一个由三位使节组成的使团前往大理，要求大理国王投降。大理国王段兴智实际上只是一个傀儡，实权掌握在大臣高泰祥（又名高祥）手里。如何回应忽必烈的要求取决于高。可惜的是，高的决定对他个人和大理都是很不幸的，他竟然把三个使者全部处决了。
在这种情况下，忽必烈别无选择，只能采取报复行动惩罚大理。使者的被杀更加刺激他下定决心，一定要严惩这些西南人。他征服大理的战略既简单又富于欺骗性：兀良哈台率领他的军队从西部开往大理，忽必烈则直接与敌人交战，几位亲王则率领部队从东部发动攻击。这三方的攻击开始于1253年10月下旬，忽必烈估计肯定得经过一场血战才能迫使大理投降。高泰祥坚决拒绝向蒙古军队投降，他集结他的部队，在金沙江岸边迎击敌人。忽必烈的队伍在11月到达了江对岸。他并没有为貌似强大的敌方军队所吓倒，命令士兵制造羊皮筏子横渡大江。负责监造羊皮筏的是这次随行出征的一位将军伯颜。这是忽必烈和伯颜之间的第一次联合行动，伯颜后来成为忽必烈最信赖和最能干的军事助手。在这关键时刻，伯颜率领他的队伍在夜幕掩护下勇敢地渡过了金沙江。蒙古军迅速地击败了惊慌失措的敌人，迫使高泰祥仓皇逃回都城，并消灭了高的大部分军队。他的最强大的敌人现在已经陷入混乱之中，忽必烈可以集中力量对大理发起最后的攻击了。
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