夔州退敌
当京湖战局有所缓解后，孟珙又奉命紧急驰援岌岌可危的上游四川战场。自从1235年起，蒙古每年都入寇四川，仅成都就遭到两次惨无人道的大屠杀，四川从南宋税赋半壁变成一片瓦砾。嘉熙三年(1239年)秋，蒙古大将塔海、秃雪率兵号称八十万，再度杀入四川，并迅速推进到了川东，攻破开州(今重庆开县)，抵达万州(今重庆万县)长江北岸。宋军急忙屯兵于长江南岸。不料蒙古军故意先在万州长江北岸列出大批船只，做出了一副强行渡江的姿态，又命汪世显在上流设下伏兵。次日，蒙古军开始渡江，宋军出动数百艘战船阻拦，汪世显则率领伏兵乘小船直接冲入宋军的船队，顿时将宋军水师杀得大败，蒙古军顺势将宋军追击到川东重镇夔州(今重庆奉节)，直逼夔门，其余蒙古军则从万州渡过长江，沿南岸急速向夔门挺进。
同年底，孟珙率领万余湖北精兵来前往夔州路布防。此时，孟珙的兄长孟璟为湖北安抚副使、知峡州，也向他求援。面对十倍于己的敌人，孟珙深知绝对不能轻易分兵援助，必须找到一个合适的区域防守。他准确判断出蒙古军主力汪世显部必取道施、黔(今四川彭水)两州渡江，于是派兵2000人驻屯峡州(今湖北宜昌)，以兵千人屯归州(今湖北秭归)，另拨部分兵力增援归州重要的隘口万户谷(今湖北秭归西)。其弟孟瑛以精兵5000驻松滋。作为预备队，弟孟璋率精兵2000驻守澧州，防施、黔两州的蒙古军队。孟珙的军事防御体系部署得当，环环相扣，遥相呼应。
凭借着孟珙的得当防御，南宋方面捷报频传，而蒙古军接连失利：南向施州方面的蒙古军被孟璟部将刘义在清平(今湖北巴东)击败，斩获无算。孟璟于归州西大垭寨更是经历一场激战后大获全胜，蒙古军丢盔弃甲后撤至夔州，之前缴获的物资又统统还给了宋军。这便是史上著名的“大垭寨之战”。
这时孟珙本人还没有亲临前线，他正率领本部人马向西移动。等孟珙到了前线的时候，夔州已经收复。战后，孟珙的爵位晋升为随县子。
嘉熙四年(1240年)九月，在宋军成功救援夔州和袭扰河南后，宋理宗授孟珙宁武军节度使、四川宣抚使兼知夔州。节度使头衔在宋朝是武将极高的荣誉职称，当年岳飞年仅31岁建节，使其他将领都十分眼红;这次，45岁的孟珙凭借杰出的战功获得了宋廷的高度认可，继岳飞、毕再遇后成为了南宋第三位旗帜性大将，并且承担了建立四川防御体系的重任。
孟珙兼管四川后，招集麻城、巴河、安乐矶、管公店沿边久经征战之士，以他的节度名组成“宁武军”;回鹘人艾忠孝率壮士马匹来降，孟珙创建“飞鹘军”。宋朝由于奉行不杀大臣的国策，对于失职的前线将领处罚也不是很重，形成了很恶劣的风气。一次，权开州梁栋借口乏粮擅离职守，孟珙把梁栋押解到夔州后当即斩首，以明“不许失弃寸土”之令。经过孟珙大力整顿，以及两年后新任四川制置使余玠的治理，四川战局焕然一新，恢复战斗力的宋军一直坚持到宋亡数年后。
高风亮节
孟珙的高风亮节也有很多表现。黄州之战，朝廷赐孟珙金碗，他把金碗加上白金五十两赏赐给诸将。将士日夜战斗，伤病员很多。孟珙与大家同甘共苦，加派军医为士兵疗伤，将士们都感激不已。
治理川蜀时，四川制置使陈隆之与副使彭大雅不协，互相弹劾对方。孟珙写信给他们说：“国事都如此事态了，你们两个合智并谋，还对抗不了蒙古，现在反而勇于私斗，岂不愧对于廉颇蔺相如的风骨吗!”用廉颇、蔺相如的故事劝解，两个人看了信后，十分惭愧，重归于好。
淳祐二年(1242年) ，余玠上任四川制置使，顺路拜访孟珙处。两位当时撑起南宋大半江山的名帅相见，孟珙认为重庆(四川制置司已由成都迁至重庆)的粮草太少，慷慨地发送十万石屯田粮给余玠作为见面礼，并派兵六千入蜀，命令儿子孟之经担任策应司都统制，随时准备救援。
淳祐二年，孟珙奏请朝廷，希望为在抗蒙战争中牺牲的文武官员立庙，以纪念他们保卫国家的功劳，并激励后人献身报国。他在岳阳著名的慈氏塔下，建起了一座祠堂，朝廷下旨赐名闵忠庙，每年祭奠一次殉国者。孟珙悲天悯人的情怀感动了当地人民和将士家属。后来孟珙去世后，也进入了闵忠庙接受后人祭拜。
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