“斡腹”这个词是蒙古人创造的，被当时汉人翻译过来借用。“斡腹”字面上的理解就是“掏肚子”，在格斗中就是“下勾拳”，用现代军事术语来讲就是远程迂回到敌人正面防线背后，攻击其设防薄弱部位的包抄行动。这个词用来形容忽必烈南征大理再合适不过，对照地图，如果从北往南看会发现，这次行动就像一记漂亮的“右勾拳”，狠狠地击向了南宋柔软的下腹部。
蒙哥即位后，吸取以往蒙古军南侵受挫的经验教训，调整了南侵战略。蒙古部落崛起时，南宋北面是金国，西北是西夏，西南是大理国；成吉思汗灭掉了西夏，窝阔台灭掉了金国。蒙哥准备灭南宋，交了几次手之后发现，南宋设防坚固，一时难以得手；而蒙古军队一向不硬拼硬打，所以便把目光投向了远在南宋西南腹地的大理国。
大理国是段思平于937年（后晋天福二年）建立的政权，辖区在今天的云南全境、四川西南部以及贵州、越南、缅甸各一部。大理国到南宋时期，国事衰微，国王段兴智大权旁落，权臣高泰祥代摄国政，内部矛盾日趋尖锐，各部力求自立，渐成割据之势。
1252年七月，蒙哥采取其弟忽必烈的建策，决定在与南宋接壤地区修筑城堡，部署重兵，实行屯田，为与南宋长期作战做充分准备；同时又命忽必烈率大军远征云南，采取迂回包抄战略，绕到南宋防守单薄的两广地区，回军北上，从侧背攻击南宋腹心之地，配合蒙军主力的正面作战，以达到南北夹击灭亡宋朝的战略目的。
蒙古军队之所以能做出万里“斡腹”大理国的决定，也与他们较为准确的战略情报能力和宏阔的战略视野密不可分。而且，远征路上所要经过的川藏边地，主要控制在吐蕃和羌人手里；这些人内部四分五裂，但都与蒙古关系友好。所以，他才敢劳师远征，做出如此漫长的无后方迂回作战的决策。
1252年九月，蒙哥决定实行南下“斡腹”大理国的决策，命忽必烈和勇将兀良合台（速不台之子）为领兵统帅，约有10万兵马。1253年八月，在六盘山完成集结，进抵临洮（今甘肃境内），开始了转战川滇的千里大进军。九月，南征大军行至忒剌（今甘肃迭部县达拉沟），于此分兵三路向蜀边进发：兀良合台率西路军，宗王抄合、也只烈率东路军，忽必烈亲自率中路军。
忽必烈带领中路军离开忒剌，经川北阿坝草原，循大渡河西岸，沿古青溪道南下，一路上攻下了许多城寨，招降了不少吐蕃部族，迫使分裂割据的吐蕃封建主们相继归降，臣服于蒙古统治之下；此后忽必烈于此地设置了吐蕃长河西宁远等宣抚司来治理。随后自泸定东渡大渡河，进入南宋界黎、雅州之境，守卫此地的南宋青羌五司之一的杨土司的部将高保四迎降，并引导蒙古军招降了大渡河东岸的诸部族；蒙古军由此通过岩州，出兵黎州，翻越飞越岭，于月底进抵岭下的满陀城。
此时，兀良合台的西路军驰报进入滇境，亟请忽必烈入滇主持战事。忽必烈得到西路军的飞报后，即将辎重留在满陀城，于十月初一轻装启程，自富林渡口再次跨越大渡河，取古青溪道，经安宁河谷，督军急速南下。同时，忽必烈又遣使催促东路军追随中路军渡过大渡河，以为策应。中路蒙古军渡过大渡河后，因行进于大渡河谷地，悬崖绝壁不绝，行走十分艰难。在翻越雪山时，因山路崎岖盘旋，马不能行，蒙古军将士只得“舍骑徒步”，忽必烈常由部将郑鼎背负而行；汉将董文炳为中路军殿后，所率四十六骑中，最后只剩下两骑能从行。在山路极为陡峭难行之处，“日行不能二三十里”。
十一月初，中路蒙古军“经行山谷两千里”后进抵金沙江畔，直逼大理国北境。三路蒙古南征大军会师于丽江城北的金沙江畔，居住在丽江一带的大理国摩些部族，除一少部分进行了抵抗外，大部分都向蒙古军投降。蒙古军乘皮囊及木筏从卞头渡口南渡金沙江天堑，占领了丽江及其周边一些地区，准备攻打下一个目标——大理。
大理城的守将是大理国相国高泰祥，在攻打大理之前忽必烈曾派遣使节，劝喻高泰祥投降，并承诺胜利之后不屠城。但久闻蒙古人嗜杀的大理人并不相信，加上忽必烈的中路军不断向大理城进逼，所以，高泰祥杀死了蒙古使者三人。忽必烈闻知后，即率军南下，于十二月十二首先抵达大理城下。高泰祥率兵出战，为蒙古军所败，蒙古军进围大理城。忽必烈再次遣使招降，仍被大理君臣拒绝。
次日，兀良合台西路军攻拔了大理都城北关龙首关后，和东路军先后进抵大理城下，与中路军会师；忽必烈下令攻城，攻夺了大理城东锁钥上关。高泰祥“背城出战”，但在三路蒙古军的合击下，大败而归，蒙古军乘势杀入城中。十五日夜，眼见大势已去，大理君臣纷纷乘夜色弃城出逃。大理国王段兴智逃往善阐，高泰祥率余众南走，大理城陷落。
忽必烈因为大理君臣拒命，并杀死蒙古信使而弃城逃遁，怒欲屠城立威。在藩府旧臣姚枢的竭力劝止下，忽必烈才让姚枢裂帛为旗，上书止杀之令，传示于城内大街小巷，大理遂得免屠城之祸。这一止杀政策，对此后蒙古攻南宋战争中逐渐改变一味嗜杀、破坏之政策有着巨大的影响，而成为其得以征服南宋的重要原因之一。
十七日，蒙古军出大理城南龙尾关，十九日于姚州（今云南姚安北）俘杀高泰祥兄弟。忽必烈随后“分兵略地，所向皆下”，迅速占领除善阐以外的大理国土。1254年春，忽必烈留下兀良合台率军戍守大理，并继续征服大理境内尚未归附的诸部，又任命刘时中为宣抚使，以处理大理的政事，自己班师复经吐蕃境北返。五月二十九，抵达六盘山，八月间回到了金莲川大本营。
1254年秋，兀良合台领兵东征善阐。善阐城临滇池，三面皆水，地险城坚。兀良合台派精锐部队攻城，发炮摧毁北门，纵火突击，但都被守军击退；于是兀良合台改用虚张声势之策略，“大震鼓钲，进而作，退而止”，使城中守军不明所以。七天后，兀良合台遣其子阿术领突击队于下半夜五鼓时分悄悄地潜入城内，打开城门；精疲力竭的守军无力再战，善阐城于是失陷，大理国王段兴智逃至昆泽被擒，立国316年之久的大理国至此灭亡。
1255年（宋宝祐三年），兀良合台遣送段兴智等人去蒙古草原觐见蒙哥汗。次年，段兴智抵达漠北，献上大理国的地图户籍，以示归降蒙古。蒙哥出于稳定云南局势的考虑，采用怀柔政策，不加杀戮，而赐予段兴智金符，重新封其为“摩诃罗嵯”（梵语“大王”之意，是大理国王原来的称号），命其回云南，协同蒙古所委派的官员安抚、管理云南各族，并继续征服依阻山谷、坚守城寨而不肯归附的部族。
为了安抚大理贵族，蒙哥此后又命云南新设万户以下军政官吏都要接受段氏的“节制”，从而使大理段氏在平定云南诸部及攻陷安南（今越南）的战争中起着重要的作用，帮助蒙古人把地盘扩张到今天的东南亚地区。自忽必烈北还后，兀良合台又遣军进取赤秃哥、罗罗斯等地。自忽必烈总兵出师南征至此历时两年，蒙军平定了大理国五城、八府、四郡之地及乌蛮、白蛮等三十七部落。兀良合台于大理国旧境内设置了十九万户府，下面分设千户、百户，分管其地，为此后元朝建立云南行省奠定了基础。
此次战役成功地完成了对南宋的战略包围，使南宋处于两面受敌的境地。当年与金兵对峙，只在北方一条战线作战，南宋军仍不免败退；如今两线作战，胜算更无，灭亡只是早晚的事了。同时，在这次远征中，忽必烈显示了出色的军事才能，树立起他在蒙古军中的军事威信，这对他后来争夺大汗之位颇有帮助，更重要的是培养起了一统天下的政治才干。此次南征，对中国的民族融合与疆域产生了深远的影响。
在南征途中，忽必烈又不断招降吐蕃、羌人部落，而且确定了后来一直延续到清朝的统治方式。后来，元朝一统天下时，将吐蕃正式纳入元朝版图，学术界一般公认，自元朝以后，西藏正式成为中国的领土；忽必烈所行走的路线，当时是南宋的边疆，此后则成为中国的腹地。南征还结束了云南自8世纪中叶以来的半割据状，并以此为基地，将势力扩大到安南、占城、爪哇、缅甸等地；在当时，切断了南宋流亡政府准备逃到占城的最后退路；在后来，也一度将东南亚一部分地区纳入元朝版图，其影响十分深远。