宋开庆元年（1259），元宪宗蒙哥亲自率领蒙古军3万余人攻打钓鱼城。在驱走芜菁坪的宋军后，屯兵武胜山（蒙人称毋章德山，今旧县乡境），在庙儿坝（今中心镇）举行誓师大会。蒙古大军分水陆两路前进，骑兵从关刀嘴附近过江，队伍集中在大河坝上，黑压压的一大片，人潮马嘶，场面十分壮阔。后人称此滩为“马滩”。蒙哥御驾亲征，检阅队伍，激励全军将士，士气大振，真是“刀光剑影照日月，盾牌旌旗耀乾坤”。

蒙前锋元帅汪德臣率大军屡攻合川军事重镇钓鱼城，宋钓鱼城主将王坚率领3000多官兵与10万百姓，凭借易守难攻的险要地势，坚固的城堡，训练有素的水陆军精兵，多次击退元军铁骑部队，元军元帅汪德臣在战斗中被飞石击中，回营后不治身亡。宋王朝下诏嘉奖合川守城战：“宋合川王坚，婴城固守，百战弥坚，节义为列城之冠，诏赏典加厚。”

同年七月，蒙哥汗在围攻半年，屡遭挫败的情况下，忧愤交加，决定与钓鱼城守军决一死战。便令士兵在离钓鱼城东门500米远的脑顶坪筑一座土台，插上桅杆，派人爬上去窥视城中动静。一日，蒙哥汗亲临脑顶坪楼台，瞭望钓鱼城守营内情时，被守军发现，主将王坚立即下令炮击台楼。蒙哥大汗当场重伤，受伤后撤退至温汤峡而死。元军围攻钓鱼城半年，不能取胜。蒙哥汗死后，于是元军又北撤至毋章德山安营扎寨。

1261年，蒙哥之弟忽必烈继汗位，他汲取蒙哥汗得城不守、屠城杀人的教训，改变灭宋的战略。实行劝降屯田、筑寨、扩军、造船、训练水军等措施。休养生息、建立基地，补充装备，储备粮饷，积累力量。在战术上采取有根据地的步步进逼的方式，从而改变了单纯进攻的被动地位。根据忽必烈制定的屯兵强军政策，元军元帅汪良臣向忽必烈呈奏“钓鱼城险绝不可取，奏请筑城武胜，立寨于毋章德山，以挡钓鱼之冲，拒南师往来。”忽必烈欣然准奏。

1267年，元军置武胜军行和溪安抚司事。寻升定远州，元军在毋章德山筑武胜城，改毋章德山为武胜山立武胜军，屯兵5万孤立包围钓鱼城。南宋咸淳九年（元至元十年）七月（1273），元东川统军合刺企图以长期围困的战法攻取合州钓鱼城。派兵在马鬃山、虎顶山（今合川城东北15里嘉陵江两岸）修筑城堡，以便控制三江（嘉陵江、渠江、涪江）交通，切断合州粮道。宋合州将士多主张立即夺回两地。主将张珏认为正面攻击不易成功，决定避实击虚，攻其必救。设疑兵于嘉渠口（嘉陵江与渠江汇合处南岸），摆出反击姿态；暗率主力北渡平阳滩（今钓鱼城东），袭击位于钓鱼城北90里的元军指挥中枢所在地芜菁坪与毋德彰城，放火烧了元军的资粮、器械，又烧毁70里外的元军在金子沱的船场。元军闻讯后，急忙从马鬃山、虎顶山撤兵回救，宋军乘机收复马鬃山、虎顶山。这就是历史上有名的宋元芜菁坪战斗（此战避实击虚、攻其必救的战术，具有历史军事研究意义，被写进《中国古代军事百科全书》）。这一次战斗，南宋巩固了钓鱼城的前沿阵地，加强了重庆地区抗元的防御能力。

1271年，忽必烈称帝，定国号为元。设四川行省于成都，对军事战略和将帅进行大调整，将战略重点向东移。元至元十二年（1275）正月，元军渡过长江，仅用3天就占领鄂州。随后，沿长江向东乘胜推进，在与宋军进行一系列会战后，南宋城池连连陷落，攻下一个个宋军的防御城堡。汪良臣之侄汪惟财以武胜山为根据地，筹集粮秣，准备充分。1278年2月，元军复向重庆进攻，克钓鱼城。重庆知府兼钓鱼城主帅张珏率守城军民与元军展开激战，张珏处川东一隅，苦力支撑，孤军作战，后无援军，在撤退至涪州途中被元军俘获。嗣后，王立继张珏守钓鱼城。1279年，王立以城降元，至此钓鱼城最终陷落，宣告宋元战争结束。