次年正月，蒙哥进攻合川。

与此同时，蒙哥分兵进攻四川渠县、巴中，断绝了它们与钓鱼城的联系；再一路进攻忠(今重庆忠县)，涪(今重庆涪陵)，断绝下游宋军的增援，使钓鱼城完全孤立无援。

二月，蒙哥亲率诸军驻于城东南角的石子山上，扫清了江上宋军船只。

但是，蒙军连续攻打钓鱼城及其周围的营寨，都被击退。

四月，蒙军虽然绕道西北攻外城，更曾一度登上城头，但仍被击退。

由于屡攻不克，前锋主帅、名将汪德臣又受伤而死，加上夏季到来，当地炎热，疫症流行，令蒙军士气低落。

另一方面，城内南宋军民在王坚的率领下，白天抵抗蒙军进攻，夜晚则偷袭蒙军营寨，蒙军无计可施。

七月，蒙哥在督师攻钓鱼城时负伤，后伤重死亡，征巴蜀的蒙古大军被迫撤退（这是合川之战最大的成果和被人记住的地方）。

（三）钓鱼城之战的巨大影响

首先，它导致蒙古灭宋战争的全面瓦解，使宋祚得以延续20年之久。

其次，它使蒙军的第三次西征行动停滞下来，缓解了蒙古势力对欧、亚、非等国的威胁。

1252年起，蒙哥汗遣其弟旭烈兀发动了第三次西征，先后攻占今伊朗、伊拉克及叙利亚等阿拉伯半岛大片土地。

正当旭烈兀准备向埃及进军时，获悉蒙哥死讯，旭烈兀遂留下少量军队继续征战，而自率大军东还。

结果，蒙军因寡不敌众而被埃及军队打败，蒙军始终未能打进非洲。

蒙古的大规模扩张行动从此走向低潮。

其三，它为忽必烈执掌蒙古政权提供了契机，对中国历史发展产生了重大影响。由于蒙哥死，进攻荆鄂的忽必烈也于年底北还争汗位而最终成功。