最先發(fā)動進攻的是蒙古大軍。二、三月間，蒙古大軍對釣魚城周圍各城堡發(fā)動了連續(xù)猛攻，希望打通前往釣魚城核心城池的道路，遭到宋軍的頑強抵抗。激烈的攻防戰(zhàn)很快就成為膠著戰(zhàn)。四月三日開始，川東連降二十天大雨。二十二日天剛一放晴，蒙古軍隊就偷襲城南的護國門，沒有得逞。第二天深夜，蒙古人攻破城北出奇門至嘉陵江一側(cè)的一字城，進入了釣魚城的外城。王堅親自帶人上前迎戰(zhàn)。當天夜里，釣魚城的敢死隊突襲了蒙古軍營，將蒙古軍隊趕出了外城。進入五月以后，四川炎熱的夏季到來了，北方來的蒙古軍隊水土不服，爆發(fā)了疾病。到此為止，蒙古大軍已經(jīng)在釣魚城下四個月了，毫無進展，軍隊的士氣開始消沉。而四個月的戰(zhàn)斗卻使釣魚城的軍民斗志高昂。宋軍還利用夜幕掩護，經(jīng)常開城突擊，騷擾蒙軍。蒙古人極不適應這樣的作戰(zhàn)方法，一到晚上都規(guī)規(guī)矩矩的，不敢越雷池一步。

釣魚城久攻不下，蒙哥煩躁起來，召集部下商議下一步戰(zhàn)略。將領術(shù)速忽里認為蒙古騎兵不適應攻打嚴防死守的險要山城，現(xiàn)在大軍滯留釣魚城，對蒙古整體戰(zhàn)略布局非常不利。他建議蒙哥只留少量軍隊圍困釣魚城，主力沿長江東下，水陸并進到湖北與忽必烈會師，按照原定計劃滅掉南宋。這是一個揚長避短，發(fā)揮蒙古軍隊靈活機動、兇猛彪悍特點滅亡南宋的正確意見。可惜，術(shù)速忽里的意見遭到了蒙哥和其他將領的斷然否決。長期的勝利在蒙古軍隊中形成了驕橫自負的氣氛，術(shù)速忽里被看做是迂腐懦弱的人。最后，會議達成了繼續(xù)攻城的意見。

蒙古軍隊會議加強進攻，晝夜不休。一天夜里，大將汪德臣還攻上外城馬軍寨，似乎成功在望。天將亮時，天空突然下起雨來，蒙軍攻城的云梯又被折斷，軍隊被迫撤退。汪德臣很不甘心，單人騎馬徘徊在釣魚城下，一邊查探城池情況，一邊也想招降守軍。南宋官兵沒有放過這個機會，對著汪德臣就是一頓弓箭和大炮。汪德臣被突如其來的炮石擊中，身負重傷，死在了縉云山寺廟中。

汪德臣是蒙哥最為倚重的金朝降將，也是蒙古大軍的先鋒。他的死給蒙哥造成了很大的心理打擊。蒙哥扼腕痛惜，看著久攻不下的釣魚城焦躁不安起來。

釣魚城差不多被圍了半年了，可南宋守軍斗志昂揚。蒙哥就是想不通，城內(nèi)的十幾萬人是怎么獲得給養(yǎng)和軍需的。直到有一天，南宋守軍故意將重15公斤的兩尾鮮魚、上百張蒸面餅和一封書信拋出城外。蒙軍撿到，交給蒙哥。信中說釣魚城數(shù)年前就開始囤積物資，準備戰(zhàn)爭了，現(xiàn)在城內(nèi)物資充裕，即使再守10年也不會讓蒙軍攻下城池。蒙哥這才恍然大悟，心情也更糟糕了。與南宋的守軍相比，城外蒙古官兵的情況很糟糕。戰(zhàn)爭拖延得很久，蒙古人本來就對炎熱濕潤的氣候不適應，六七月的川東偏偏是酷暑時節(jié)，因此蒙古官兵不僅士氣低落，而且軍中暑熱、瘧癘、霍139 亂等疾病流行。蒙古大軍已經(jīng)成為了一支“疲軍”。

七月二十七日，蒙哥突然暴斃城下。

蒙哥的死是歷史上的一個懸案。《元史》的說法是蒙哥因為水土不服，早在六月就患上了病，拖到七月才死的。南宋的官方說法和《合州志》等資料則說蒙哥是被守軍打死的：七月，心急的蒙哥赤膊上陣，親自帶人到城下進攻。王堅率軍用猛烈的炮火反擊。蒙哥在作戰(zhàn)中負傷，熬到二十七日死在軍中。接受第二種說法的人很多。后來，馬可.波羅來元朝游歷的時候，還從元朝的朝野上下聽到有關(guān)蒙哥被釣魚城守軍打死的傳聞。第三種說法是在第二種說法的基礎有所變化。據(jù)說，蒙哥負傷后，率領軍隊撤退。撤退途中，蒙哥死在金劍山溫湯峽（今重慶北溫泉）。不管怎么樣，蒙哥死于釣魚城戰(zhàn)役是無疑的，人們爭議的是蒙古具體的死因：