蒙哥的母亲唆鲁禾帖尼与父亲拖雷育有四子，分别是蒙哥、忽必烈、旭烈兀、阿里不哥，四人后来相继称汗，所以唆鲁禾帖尼被后世尊称为“四帝之母”。
蒙哥坐稳大汗之位后，便着手制定新一轮的扩张计划：灭南宋，征西亚，继续为黄金家族的子孙拓地开疆，要让全世界各族人民都能聆听马头琴的天籁之音，品尝冰煮羊的绝妙滋味。
1、忽必烈灭大理
三个兄弟中，老二忽必烈对汉文化了解颇深，于是蒙哥令其总领漠南（今内蒙古地区）汉地军事，执行灭宋计划。
忽必烈将自己的治所安排在金莲川（今内蒙锡林郭勒盟正蓝旗草原，后于此建城，即大元朝的上都），并组建了号称“金莲川幕府”的谋臣集团，汉人文士在其中占据重要地位。
经历过窝阔台时代的蒙宋战争，蒙古人意识到灭宋并非易事，面对坚城险隘以及江淮流域的纵横水网，蒙古铁骑几无用武之地，正面强攻只会损兵折将，而战果却是寥寥。
于是在经过仔细权衡后，忽必烈提出扬长避短，以斡腹战术（长途奔袭，迂回绕后，择其防守薄弱处猛攻），绕到南宋防守薄弱的西南地区，配合正面战场，进行南北夹击的灭宋战略。蒙哥汗对此颇为认可，决定施行。
南宋的西南，正是立国三百余年，由段氏一族统治的大理国。
公元1252年，蒙哥命忽必烈为统帅，领兵十万，南征大理。速不台长子兀良合台负责具体的征战事宜。
公元1253年12月，忽必烈大军包围大理国都，劝降不成，遂大举攻城，不日城破，大理末帝段兴智及权臣高泰祥出逃。随后的追击战中，高泰祥被擒杀。
公元1254年初，忽必烈班师，留兀良合台戍守云南，继续统筹招抚事宜。
同年秋，末帝段兴智于昆明被擒，大理国亡。
公元1256年，段兴智被押解至蒙古国和林，并向蒙哥汗献上大理国地图，正式投降。蒙哥汗采取怀柔政策，任命其为大理总管，子孙世袭，继续统领原属各部，为蒙古帝国镇守云南。
侥幸得活的段兴智对蒙哥感激涕零，感恩戴德。于是甘当向导，帮助蒙古人追杀大理国的残存势力，占领大理国全境。之后又亲自率军镇压大理国内各族的反蒙运动，成了彻头彻尾的卖国贼。
2、蒙哥侵宋
段兴智献图投降标志着对宋的战略迂回完成，于是蒙哥立即下令三路伐宋，云南的兀良合台与汉中的帖哥火鲁赤、带答儿南北夹击，攻打四川；宗王塔察儿与驸马帖里垓攻打两淮。后在宋军的顽强抵抗下，三路大军被迫原路返回。
在攻宋之战如火如荼进行时，原本兄友弟恭的蒙哥与忽必烈二人矛盾日深。忽必烈能力出众，政绩斐然，深得中原人心，势力日渐壮大，这不免引起蒙哥的猜疑（帝王通病！绝症！无解！），再加之有心人的推波助澜，于是兄弟二人矛盾爆发。
为求活命，忽必烈在幕僚姚枢的建议下，送家人入国都为质，自己则亲自前往觐见大哥请罪。蒙哥对二弟的表现很满意，先是把酒言欢，继而泫然涕下，最后冰释前嫌。当然，为了降低风险，蒙哥还是罢黜了忽必烈所设置的官员，并将河北、河南、陕西三地的权力收回。
公元1257年春，蒙哥再次两翼出击，攻伐南宋。经过一年鏖战，西路军在都元帅纽璘的率领下于公元1258年春，攻克成都，川西各州县归附。东路军塔察儿十万大军在襄樊受阻，连日不可，无奈退兵。
西路军的胜利让蒙哥的肾上腺素飙升，于是他决定御驾亲征，彻底消灭南宋，建立远超父祖的不世功勋。
公元1258年七月，蒙哥亲率主力攻打四川；忽必烈南下攻取长江中游重镇，原岳家军大本营鄂州；兀良合台自西南北上策应诸军。
蒙哥大军进展顺利，陆续攻克四川北部大部分州县，年底到达合州钓鱼城下（今重庆合川区），为孤立钓鱼城，蒙哥令都元帅纽璘抢渡马湖江，于水战中大败宋军，继而进军涪州（今重庆涪陵），封锁江面，阻挡宋朝的援军。
孤立无援的合州在主将王坚的主持下，稳如磐石，蒙军连攻五个多月未克。
公元1259年8月，气急败坏的蒙哥，亲临现场指挥。后在探查城中情势时，被王坚命人以旋风火炮轰成重伤（存疑，正史说是病死的，反正肯定不是神雕大侠搞死的），后不治身亡。彼时，蒙古军中瘟疫流行，本就士气不振，大汗战死，更是无心再战。何况接下来的汗位归属才是至关重要之事，于是大军北还，合州之围解除。
忽必烈得知兄长死讯后，并未立即撤兵，覆灭南宋就在此役，骤然班师，前功尽弃，若能携灭宋之功返回和林，这大汗之位还有谁能争。
九月忽必烈围攻鄂州，南宋方面如临大敌，鄂州若失，临安危矣。于是抗蒙前线最高军事统帅贾似道，亲自领军督战，鄂州之战爆发。因此战关乎生死存亡，所以宋军方面抵抗得极其顽强，忽必烈强攻数月，不得寸进，伤亡惨重。
十一月，忽必烈得妻子密保，四弟阿里不哥已经受到拥戴，正在调兵遣将，为夺取汗位做准备。老二旭烈兀远在西亚，根本来不及赶回，所以忽必烈就成了阿里不哥继位最大的威胁，双方之间必有一战，请忽必烈务必尽快北还，早做准备。
鄂州急切难克，灭宋之事已不可为，于是忽必烈在幕僚的劝说下，决定班师夺取汗位。临走前，忽必烈继续加大对南宋的军事压力，迫使对方求和，贾似道果然如其所愿，提出了割地赔款的优渥条件。忽必烈不置可否，连夜撤军。（求和之事是否存在，争议颇大，忽必烈后来也没要求南宋履约，故而令人怀疑）
公元1260年正月，忽必烈派军接应自大理北上的兀良合台军，返回蒙古，蒙宋战争第二阶段结束。
3、旭烈兀西征（蒙古第三次西征）
成吉思汗时代的西征，将中亚纳入蒙古版图；窝阔台时代的长子西征，将东欧及俄罗斯地区纳入蒙古版图；蒙哥时代的旭烈兀西征，则将目标定向了中东地区，要将包括埃及在内的整个西亚纳入蒙古帝国的版图。
西征第一站便是位于伊朗高原的木剌夷国，这是穆斯林什叶派的一个分支阿萨辛派（汉译为木剌夷）所建立的宗教国家，位于今天伊朗的西部，是典型的极端主义教派，热衷于培养刺客，通过暗杀手段达成目的，被称为穆斯林世界的“刺客派”，其首领被称作“山中老人”。
倚天屠龙记中建立波斯明教，创造绝世功法乾坤大挪移及圣火令武功的山中老人霍山，便是以此教派的创始人哈桑·本·萨巴赫为原型。
蒙哥当时跟随拔都西征时，曾遭到该派的骚扰，甚至差点被暗杀。因而此次西征，蒙哥特意授意三弟旭烈兀优先攻打该国。
公元1253年3月，旭烈兀命令怯的不花为先锋，先期入侵木剌夷国。
公元1253年10月，旭烈兀率领西征大军正式出发，开启蒙古人的第三次西征。为保证后路安全，旭烈兀进军速度较慢，一路稳扎稳打，步步为营，因为打下的土地都是自己未来的领地。
公元1255年，旭烈兀到达撒马尔罕，召集西亚诸国会师，因为基督教与伊斯兰教是世仇，所以亚美尼亚和格鲁吉亚等东正教国家主动领军参战。
公元1256年，西征军用了近一年的时间，才将木剌夷国彻底消灭，占领其全境，教主鲁克纳丁·忽儿沙投降。
旭烈兀下令屠城，忽儿沙恳求让他去拜见蒙哥大汗，以求赦免他的信徒。旭烈兀同意了，结果蒙哥拒绝接见，回国途中，忽儿沙被蒙古军队用马蹄踏成了肉泥。随即，旭烈兀下令将城中的穆斯林屠戮殆尽，经书焚毁，阿萨辛派遭到重创。但其生命力却极其顽强， 直至今日依旧有信徒活跃在世界各地。
公元1257年9月，在经过半年多的修整后，旭烈兀再度启程，兵锋直指黑衣大食（阿拉伯帝国第二个世袭王朝阿拔斯王朝）国都巴格达。
此前旭烈兀曾遣使向其末代哈里发（穆斯林国家宗教与政治领袖的称谓）穆斯台绥木劝降，但遭到了羞辱和拒绝。随后双方互派使者，你来我往，大搞嘴炮攻击。
公元1258年，旭烈兀大军围困巴格达，以重炮攻击，不久城破。穆斯台绥木遣使求和，旭烈兀根本不搭理，直接下令屠城，前后一周，至少杀了80多万。穆斯台绥木被毛毡包裹，用马群踏成肉泥。
公元1258年8月，摩苏尔（今伊拉克北部）、法尔斯（今伊朗南部）及小亚细亚罗半岛上的罗姆苏丹国（今土耳其一部分）、小亚美尼亚（今土耳其的一部分）、安条克公国（今土耳其与叙利亚交界地区）相继归附，
彼时叙利亚阿尤布王朝对蒙古人的战力感到恐惧，遣使求和，但被旭烈兀拒绝。
公元1259年9月，旭烈兀出兵叙利亚，一路横扫，直至在其第一大城市阿勒颇城遇到顽强抵抗，浴血奋战月余方将之攻克。随后大军进逼其国都大马士革，国王优素福出逃被擒。然而城中守军却死战不降，城破后被屠戮殆尽。叙利亚的阿尤布王朝灭亡。
征服西亚后，旭烈兀的最后一个目标便是埃及的马穆鲁克王朝。就在两军即将于巴勒斯坦地区开战时，兄长蒙哥大汗去世的消息传至军中。旭烈兀忙率主力东归，仅留大将怯的不花领不到一万军队驻守叙利亚。
公元1260年9月，埃及人趁机发难，怯的不花不幸战败身死，叙利亚被埃及占领。旭烈兀因卷入蒙古第三次汗位争夺，之后又与拔都弟弟别儿哥冲突升级，致使其无暇西顾，蒙古人的第三次西征就此结束。
