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[16]移军黄州，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。
忽必烈撤军后，正在围攻江西的蒙古军以及湖南潭州的兀良合台部也随即撤军。这样，四支蒙军主力，南下的忽必烈以及北上的兀良合台军均是一路克捷，完全按照预定计划进军，塔察儿和李璮在两淮战场也牵制住了宋军主力，只因西路主攻战场蒙哥的失败而功亏一篑，才导致了蒙古这场声势浩大的灭宋战争全面瓦解。因而蒙哥在钓鱼城的意外战死，不独令四川战场转危为安，更是戏剧般地扭转了整个战局。后人曾对此评论道：“向使无钓鱼城，则无蜀久矣。无蜀，则无江南久矣。宋之宗社，岂待厓山而后亡哉！”
蒙古军撤退后，贾似道不顾忽必烈主动撤兵的事实，隐瞒割地赔款求和的真相，同时派人截杀了一百七十名殿后的蒙古士卒，用他们的人头谎报抗蒙得胜。又命幕僚汪涯作露布[17]向朝廷献捷。深知究竟的汪涯对贾似道的作为极为鄙视，道：“啗人以利而退其师，又儿弄主上！”贾似道大怒，命人将汪涯活活鞭死，尸首丢入长江。汪涯母亲听到消息后，坦然道：“儿子以直而死，我则不辱，可以下报先君矣！”亦跳江自沉。时人得知真相者无不唏嘘感叹。
然汪涯母子的性命挡不住贾似道谎报战功、邀功朝廷的脚步。他派人编辑《福华编》，用以“歌颂”他抵抗蒙军时的“英勇事迹”，又上表道：“诸路大捷，鄂围始解，江汉肃清。宗社危而复安，实万世无疆之福。”昏庸的宋理宗不辨忠奸，认为贾似道立了大功，特下诏褒扬，说贾似道“隐然殄敌，奋不顾身，吾民赖之而更生，王室有同于再造”，加封其为少师、卫国公。贾似道回到临安时，宋理宗更是下令文武百官到郊外恭迎“功臣”贾似道“凯旋”，庆祝来之不易的“胜利”。
入朝后，贾似道即大力排挤左丞相吴潜，清除朝中丁大全、董宋臣余党，从此完全把持了军政大权。他为了巩固权位，大力排斥异己，作威作福，将熟悉边防事务的大臣排挤出朝，当时武将中除了主动依附的吕文德和马光祖外，其余全部去职。南宋朝政更加腐败。
这边贾似道在大肆庆功，那边忽必烈却没有忘记求和协议。次年（1260年），忽必烈派心腹幕僚郝经出使大宋，向南宋通报他已即皇位，并希望与宋“弭兵息民”。
郝经出生于金末乱世，原是山西人氏，金亡后即迁居河北，家贫好学，曾从学赵复[18]，信习程朱理学，被蒙古万户张柔聘为家庭教师，专门教习其子张弘范等人读书习字。后因声名卓著，被忽必烈赏识，召为幕僚。忽必烈即位后，又授其为翰林院侍读学士。
郝经使宋一事，中间曲折极多。他未进入宋境前，蒙古主管汉地政务的中书平章政事王文统指使女婿山东益都行省李璮派兵侵扰宋境，此举直接导致郝经派往南宋先行通报的两名侍者为宋边将所杀。李璮又亲自出面劝阻郝经，然郝经不为所动，辗转改变路线，迁延近五个月，历经千辛万苦，终于在当年七月进入宋境。
南宋贾似道听闻将有蒙古使者前来，万分恐慌，生怕郝经入朝后会泄露自己擅自求和的隐谜，便以李璮兴兵犯境为借口，命两淮制置使李庭芝将郝经一行拘禁于真州[19]忠勇军营。宋理宗只知蒙古使者久留真州，不知前因后果。蒙古见郝经一去便无音讯，几次派人到淮东寻访郝经下落，又多次派人追问羁留郝经的缘故，均不得要领。忽必烈因忙于与幼弟阿里不哥争夺汗位正烈，一时也顾不上向南宋兴师问罪。
阿里不哥为拖雷第七子，蒙哥出征时奉命留守蒙古大本营和林[20]。他虽然不似兄长忽必烈那样精明能干，也远不如旭烈兀那般战功赫赫，却一样的野心勃勃，有着要当大汗的雄心。在重要竞争对手都不在蒙古本部的情况下，他打算按照蒙古“幼子守灶[21]”的习俗，就此拣个大便宜，积极与亲信策划继承汗位，并在漠北、漠南布下了重兵。忽必烈妻子察必立即派人将阿里不哥的举动密告忽必烈。忽必烈一直只视弟弟旭烈兀为劲敌，却想不到平地里杀出了阿里不哥，闻讯追悔莫及，立即罢兵撤围，马不停蹄地北返。当他到达燕京近郊时，阿里不哥的使者到来，通知忽必烈去漠北参加忽里勒台大会，会葬蒙哥，推举新一任的大汗。忽必烈料想阿里不哥早已经布置好了兵力，因此没有理会，而是着手准备自立为汗。
蒙古没有固定的嫡长继承制，汗位继承权要么由前任大汗生前指定，如窝阔台便是由成吉思汗生前指定的，要么通过明争暗斗强取，如蒙哥便是靠武力强行即位。但无论如何，形式上都要召开忽里勒台，即蒙古诸王大会，经过诸王、贵戚推举，继位者才能即汗位。宋景定元年（1260年）三月，忽必烈抢先在开平[22]召开忽里勒台大会，参加会议的诸王一致推举忽必烈为“合罕”。忽必烈随即宣布即汗位，称皇帝，并下《建元中统诏书》，阐明了他的基本政治主张，即所谓“建元表岁，示人君万世之传；纪时书王，见天下一家之义”。并仿照中原王朝以年号纪岁之法，建元“中统”，意为中朝正统，即以承继中原王朝的正统自命，这也是蒙古国采用中原王朝传统纪年制之始。由于开平并非蒙古根本之地，忽必烈虽抢先即位，却是大大突破了传统。
四月，阿里不哥在和林也召集另一个忽里勒台，并被推举为大汗。如此，蒙古就出现了两位大汗。兄弟二人开始兵戎相见，展开了一场长达四年的争夺汗位的大战。
阿里不哥虽然占据着蒙古大本营和林，但和林只是一座草原城市，所需要的粮食等日用品都必须从汉族聚居的农业区运来，而粮道又被忽必烈派军队截断，因此，和林一带不久后就发生了大规模的饥荒。尽管拥护阿里不哥的蒙古贵族甚多，但忽必烈兵强马壮，最终还是靠刀箭取得了胜利，阿里不哥众叛亲离，被迫投降。忽必烈没有加害弟弟，只是很得意地问他道：“你说说看，到底应该是你做大汗，还是应该我来做？”阿里不哥的大汗位是和林忽里勒台大会推举出来的，比忽必烈自立为汗更具有合法性，但却因为武力上不及兄长，不得不低头道：“以前应该是我做，现在当然是该你做了。”
而另一位汗位的有力竞争者旭烈兀正在进攻叙利亚各地时，得知蒙哥死讯后，立即引兵东返，有意争夺汗位。不料，因路途遥远，始终不及忽必烈手快，当他到达波斯后，得知忽必烈已经即位，并且与幼弟阿里不哥发生了争夺汗位的战争。旭烈兀感到自己即使回到蒙古，也没有登上汗位的可能，于是干脆留在了波斯，着意经营，打算就此占地为王。
按照蒙古汗国规定，波斯、西亚一带的土地、子民是黄金家族的共同财产，须由大汗直接派人管辖。忽必烈正与阿里不哥打得热火朝天之时，也担心拥兵在外的弟弟旭烈兀会对自己造成威胁，于是主动派使者与旭烈兀协商，表示愿意将阿姆河以西直到密昔儿[23]边境的土地全部划归旭烈兀。于是，旭烈兀公然表态支持忽必烈，强烈谴责阿里不哥。旭烈兀由此被忽必烈任命为从阿姆河直到叙利亚和密昔儿境内的国王。旭烈兀自称“伊利汗”，所建汗国称为伊利汗国，其领土东起阿姆河和印度河，西面包有小亚细亚大部分地区，南抵波斯湾，北至高加索山与里海，地域极为辽阔。汗国最初定都于蔑剌哈，后来定都于桃里寺。
阿里不哥兵败投降后不久即病死，但蒙古这场争夺汗位的内讧并没有就此休止，反而有愈演愈烈之势。阿里不哥称汗时，被封于海押立[24]的海都也起兵相助。海都为窝阔台第七子合失之子，其实他并非真心帮助阿里不哥，他自己也有私心，他自认为是窝阔台嫡孙，有资格继承汗位。最初汗位由窝阔台一系转入蒙哥手中，海都已经大为不满，因此忽必烈与阿里不哥争斗时，他迫不及待地跳了出来，表示支持阿里不哥。阿里不哥投降后，海都抗拒忽必烈的召见，并且控制了察合台汗国，公然置忽必烈的命令于不顾。忽必烈最终被激怒，下令追收赐给海都的金银符，同时派北平王那木罕率军镇守阿力麻里，以抵御海都。
海都尚未讨平，更大的叛乱发生了——随同那木罕出镇西北的蒙古宗王昔里吉[25]、脱脱木儿、明理铁木儿等人将那木罕抓了起来，举兵叛乱，甚至进犯和林，劫走了成吉思汗的大帐。西北和东北的蒙古宗王的叛乱，对忽必烈的统治一度构成了严重的威胁。忽必烈亲自带兵出征，经过激战，才勉强遏制住叛乱的攻势。然在其之后的三十多年统治中，蒙古诸宗王夺位靖乱的军事对抗一直没有停息过。
就在忽必烈与阿里不哥争夺汗位最炽热之时，中原地区也发生了一场针对忽必烈的政变——李璮事变。李璮为山东红袄军首领李全和杨妙真之子，父母均是显赫一时的风云人物。李全身手不凡，能运四十五斤铁枪，外号“李铁枪”。当年开禧北伐失败后，南宋派人向金国求和。金国开出五项条件，前面三条都是索取地盘和财物，后面两条，一是交还纳合、道僧、李全等附宋的金人，一是函送首祸之臣韩侂胄首级。李全被金人点名索取，得与大权臣韩侂胄并列，足见其在金人心目中的地位。那时李全不过二十岁，他于押返金国途中逃脱后，返回山东老家，高举义旗，继续反抗金人统治。
当时山东还有一支号称红袄军的义军，以杨安儿、杨妙真为首，声势浩大。金廷开出巨赏，购买这对兄妹的人头。有船夫名曲成者贪图赏钱，引金军袭击杨安儿。杨安儿仓促迎战，不慎掉入水中淹死。余部由其妹杨妙真率领，投奔了李全。之前杨安儿、杨妙真处于绝境时，曾假意受金人招抚为官，受命围剿李全，杨妙真与李全有过交手。杨妙真使梨花枪，李全使铁枪，二人均是当世绝顶高手，早有惺惺相惜之意。李全见杨妙真率部来投，遂表示愿意娶她为妻。于是，二人在乱世中结为夫妇，从此成为名震天下的传奇人物。
嘉定十年（1217年），山东义军首领季先秘密到宋境求见宋知楚州[26]应纯之，言山东豪杰均有归宋之意。应纯之遂密报朝廷，认为正逢蒙古攻金，金国国势衰微，若得山东义军相助，中原可复。丞相史弥远鉴于开禧北伐之败，不愿意再举战端，但也想利用山东豪杰来牵制金人，遂不明言招纳，只密令应纯之暗中接济山东义军来归。在季先的斡旋下，马良等豪杰人物率万余人应命集于涟水[27]，受宋节制，号为“忠义军”。因并非南宋朝廷嫡系，又称北军，由宋廷给以忠义粮。李全时为山东义军实力最强大者，虽曾有被宋廷背负的惨痛经历[28]，但为了避免陷入孤立无援的境地，也产生了归宋之心。宋廷着意笼络，李全遂于次年率部投宋，宋廷任命其为京东路总管，成为忠义军首领。时忠义军称李全为“恩府”，其妻杨妙真为“恩堂”。当时金兵渡淮，一度威胁南宋长江防线，全靠忠义军出兵支持，才化解危机。
