端平入洛揭開了宋蒙戰爭的大幕，次年蒙軍便發起大規模入侵。雖然宋軍力拒強敵，但自身也走到了非常艱苦的境地，尤其是良將缺乏，孟珙在這個時刻無疑就起到了擎天一柱的作用。嘉熙三年（1237年），蒙軍再次南侵。窩闊臺汗遣口溫不花、察罕率軍首先進攻光州。宋軍以三千餘艘戰船封鎖江面，漢軍都元帥史天澤率兵奮力衝開宋軍封鎖，攻克光州，旋即攻克復、隨等州，進逼黃州（今湖北黃岡）。黃州守軍初戰不利，緊要關頭，孟珙率援軍趕到，突圍入城，軍民喜道：“吾父來矣！”孟珙先將此前逗撓、逃跑的49人處斬以正軍法，然後出示御筆和賞金，安排醫療，苦戰多日的宋軍將士無不感泣，士氣大振。這一段戰鬥史書未詳載，只大致說結果是蒙中路軍被孟珙打退。蒙軍又轉攻安豐軍（今江蘇興化周邊），知安豐軍杜杲準備充分迎戰。
杜杲及其子杜庶發明了鵝梨炮、三弓弩炮、排杈木等多種新式武器，大致是可以抵禦蒙軍炮火，並且可以在樓櫓被摧毀後立即修補的器械。蒙軍攻城不克，募集了一批敢死隊，全身裹十餘層牛皮，只露雙眼，發動強攻。杜杲組織一批神射手，用特製小箭頭專射敢死隊眼睛，將其射退。蒙軍又用石料在護城河中填出27道濠壩，宋軍堅守濠壩，奮力將渡濠的蒙軍戰退。而宋軍各路援軍也在趕到，池州都統呂文德率先趕到，突圍入城，宋軍士氣大振。繼而餘玠、趙東、夏皋等各路援軍到達，內外夾擊，蒙軍遺屍一萬七千餘具敗退。杜杲因功升任淮西制置副使兼知廬州。次年九月，秋高馬肥之季，察罕再率大軍號稱80萬南下，首先進攻廬州，並在巢湖督造戰船，準備進攻江南。蒙軍在廬州城外築起60里長圍，比城牆還高，用於俯攻。杜杲先派人到長圍下放火，然後用火炮轟擊。兩軍進行了激烈的炮戰，蒙軍的火炮水平畢竟要略遜一籌，敗下陣來。
宋軍趁機開城出戰，在城頭炮火的掩護下衝殺蒙軍，蒙軍大敗，被追殺數十里。杜杲又遣呂文德等率水軍扼守淮水，蒙古這一次聲勢浩大的南侵又只得作罷。嘉熙二年，宋廷授孟珙爲寧遠軍承宣使、京湖制置使兼知嶽州，詔令收復襄陽。孟珙認爲取襄陽不難，守住很難，於是制定了完善的作戰方案和佔領襄陽後的經營方略，然後出兵依次收復襄、樊、郢等城並立即整飭城防，河南的息、蔡等州也向宋軍請降。襄陽自古以來便是華中地區的戰略樞紐，孟珙將襄陽營造成一個重要的前沿堡壘。雖然宋軍在中、東路獲勝，但西路自曹友聞歿後軍勢不振，蒙將塔海並禿雪率大軍攻入四川，如入無人之境。嘉熙三年，蒙軍攻克成都，向東攻克遂寧、進圍重慶，並由汪世顯分兵出夔門準備與河南蒙軍會攻京湖路。孟珙之兄孟璟時任湖北安撫副使兼知峽州（今湖北宜昌），忙向孟珙告急。孟珙作爲京湖制置使，本職防區是長江中游，但對戰略大局也深有把握，在收復襄陽後又主動出兵收復四川。
孟珙先沿長江三峽的地勢佈防，遣弟孟瑛、孟璋分別進駐鬆滋、澧州（今均屬湖南），扼制蒙軍向湖南出兵，又遣於德興率兵守歸州（今湖北秭歸）萬戶谷。這時汪世顯已經攻出萬州，孟璟派兵在歸州拒戰。由於蒙軍其餘幾個出口都被孟珙預先堵死，汪世顯孤軍深入，只好與正在圍攻重慶的徵行大元帥按竺邇會合後退兵，孟珙趁機收復夔州。蒙軍雖攻克成都，但四川路險不便援救，成都平原本身無險可守，於是再次將成都焚平後退出四川。孟珙一人便擊退蒙軍在四川、京湖兩路進攻，又諜知蒙軍在襄樊以北大量集結，並在鄧州順陽囤積木材，顯然是要造船。孟珙又分析蒙古大軍的軍糧應該囤積在蔡州，立即採取行動。孟珙先派人襲擾蒙軍後方，吸引注意力，緊接着遣部將王堅突襲順陽，焚燬木材，又遣張德、劉整分兵入蔡，焚燬積糧。蒙軍部署被完全打亂，一次準備充分的大進攻竟然被孟珙未戰而消弭於無形。此後孟珙升任寧武軍節度使、四川宣撫使兼知夔州，仍兼京湖制置使，成爲四川、京湖兩大戰區的負責人。這一方面說明了孟珙的能力，但另一方面也說明當時宋軍的高級將領已經青黃不接了。