招抚，加强防备。兀良哈台在降附的摩些部落（在大理北四百余里）的支持帮助下，进入察罕章（今云南丽江），攻下了不受招抚的部落，打乱了大理国的防御部署。十二月十三日，诸军毕集，包围大理城。十五日，城破。大理国主段兴智出奔善阐（今云南昆明市），国相高祥逃至统矢罗（今云南姚安），被追杀。
四年（1254）春，忽必烈班师，留兀良哈台戍守大理，继续征服尚未归附的部落。秋，兀良哈台下善阐。五年（1255），进取赤秃哥（今贵州西部）、罗罗斯（今四川凉山地区）。大理各部均被征服。六年（1256），段兴智以大理地图来献。
“忽必烈通过远征大理之役，为蒙古军迂回包抄，从长江以南进攻宋朝开辟了新的战场”10。此后，留戍云南的兀良哈台分别向四川、贵州、广西用兵。
宪宗六年（1256），蒙古诸王大会于欲儿陌哥都（月一儿灭怯土），商讨大举伐宋。以灭宋为目标的战争全面展开。蒙古军仍然分为左右两路南下。左翼军由塔察儿统率，包括诸王也松格、察忽剌、忽林赤，驸马纳陈、帖里干，将领不只儿、忙哥忽剌察儿、察罕等，号称大军三十万。右翼由蒙哥亲自统领，包括诸王窝阔台系的合答黑（也可合丹）、秃塔黑，察合台