1233年，蒙古军元帅塔察儿被金军击败在城下，士气很低落，塔察儿一边修堡垒，一边让王檝向南宋发出邀请，希望可以一起歼灭金军，也希望可以提供一些支援的粮食。虽然在战争之初就表示希望联盟，但是当时刚处于"海上之盟"的阴影下，双方虽有往来但是没有什么实质性的约定，更不可能出兵。十月，权臣史弥远决定一起联合灭金，命湖南制置司出兵，派江海、江万载叔侄携孟珙等领兵两万、运粮三十万石，赶往蔡州。
当时金集结了两万骑兵来阻挠，想阻止联军，而孟珙一举击溃了金军，一路追杀到高黄坡，斩首一千二百。十一月初五宋蒙相会，塔察儿对他大加赞赏，一起吃饭喝酒打猎，最后还结拜为兄弟。十二月初六，宋军终于攻入了蔡州城外围，初七，攻打柴潭楼，城头上有巨型弩炮无人敢上前，他就带头挖开了潭堤放水填平了潭池，得以顺利攻城。1234年初十，杀入蔡州城，到了西门放进来蒙军，金哀宗自缢，完颜承麟被杀，金臣带着金哀宗的尸体跑了，他追回来后把尸体一分为二，一半给了蒙古，两军分了金银如宝，金朝彻底结束统治。凯旋后孟珙被升为武功郎、权侍卫马军行司职事、建康府都统制。
共同的敌人消失了以后，蒙古就想占领南宋。当时宋理宗对孟珙非常重视，任命他去黄州管理兵马，到任以后抵御大军进攻，当时进攻的都是一起灭金的人，他很是了解，抵御了十年之久，保卫黄州、收复襄樊。1244年，他趁着窝阔台病死，多次派兵攻打蒙古要塞，毁灭粮草，屡战屡胜，战场形势出现好转，当时有很多投降的将士回归，1246年他向理宗批准是否可以招降，理宗不同意，应该是对他的势力起了疑心，知道以后难免有了失望叹息道："三十年收拾中原的人，现在志向却不能够再伸展了。"从此一病不起，便请辞了，五十二岁郁郁而终，1249年，为他立庙，赐名"威爱"，拟定谥号为"忠襄"。尽管他征战了这么久，也没有扭转南宋灭亡的悲剧。
