蒙古增强了四川兵力，再次大举进攻，汪德臣再度入川，乘虚直达忠州、涪州。窝阔台病死后，贵由即位 蒙军攻宋暂缓，并从部分地方撤退。乘此机会，四川宣慰使、兵部侍郎余玠调集兵力与汪德臣部决战于运山。宋兵因士气高昂，战斗十分激烈，汪德臣亲自率兵在前，乘马被飞石击毙，便步行指挥冲杀，攻开外城。他的三弟汪直臣在攻城的时候阵亡，汪德臣迅速北撤，回驻巩昌。
接着汪德臣奉命讨伐西羌，他指挥队伍越过川北荒凉的草地，直抵松潘，将羌人击退而回。几年之间，他身经百战。进攻时他总是冲杀在前，撤退时亲自断后，勇冒锋镝，奋勇当先，成为蒙军中很有名气的将领。余玠乘机重整四川防务的时候，直达被蒙古兵占领十几年的汉中。汪德臣与邻近各军昼夜驰援，余玠闻其名而退。
蒙哥即位，汪德臣入朝，换赐新符印。他仍然任原职；所陈奏地方利病诸事，都被采纳。针对宋朝加强了防守并不时出兵北攻，蒙古也采取了持久攻防的策略，在沿边一带筑城积谷，置军屯守，作为攻宋前沿基地。
德臣奉旨修复攻蜀战争中毁坏的沔州城垣、房屋，部署官属，很快就完成。从都元帅太答儿出兵攻掠成都等地，进围嘉定府，被余玠派来的援军击退；回师途中，蒙军经左绵、云顶、隆庆、剑门等处，都遭到宋军截击，力战得还。
于是蒙哥令汪德臣修筑
利州城，四川北部蒙古占领区的各处屯戍皆听他节制，并令都元帅太答儿等协同建城。当时忽必烈进兵大理，道出临洮，特召汪德巨入见，报告利州建城事，视为攻蜀大计。汪德臣请求免徭役，减课税，运粮、屯田以充实利州贮备，为持久之计，忽必烈全部答应了他，并令置行户部于巩昌，设漕司于沔州，造纸币、发盐引以通商贩，实军储；又令临洮元帅赵阿哥潘等佐德臣建城。
汪德臣上奏以兄忠臣权领总帅府事，自己得以专心从事利州的建城。于是他择州东宝峰山，修筑城垣。他又荐弟弟汪良臣为巩昌军帅，领兵屯利州嘉陵江南为外卫，并屯田于白水。利州本是宋边防重镇，四川制置司曾一度置于此，是通向蜀中的咽喉要地。蒙古在此建城引起宋人惊惧，采取不时出兵袭击的办法来阻扰；建城开始时一切都需重建，后援又少，十分艰苦。
这年春天，蜀中大旱，嘉陵江水势下降，运输颇难，军粮不济，部分将领建议弃城而走。汪德臣将自己乘马杀掉，分饷士兵，并激励将士道：“国家以利委我，视为规蜀大计，当死生以之，为什么要放弃？”于是他率兵奇袭嘉川，得军粮二千余石。继而攻占阴平、彰明、宋云顶。守将吕达率五千兵来截击，汪德臣与其激战，生擒吕达，杀伤宋兵千余人，又获粮五千石。不久，水陆交通恢复，粮饷纷纷运至，军队屯田获较好收成，军饷丰绰有余。然后他招集流亡百姓，归家种田，商旅通行，利州名符其实成为巩固的战略基地。
同年四月，汪德臣俘获了宋朝提辖崔忠等，叫他们招降了苦守将南清。降兵及家属凡愿意回家者都发给路费，让他们回家种田，众人十分感激。汪帅之名传于附近州郡，各山寨相继投降。宋朝新任四川安抚制置使余晦，遣统制甘润领兵数万在紫金山筑城。汪德臣选精兵衔枚夜进，奇袭紫金山，大破宋军。他又击败宋将焦远，将其押送往苦竹的粮秣全部截获。
后来他再次赴阙，觐见蒙哥，蒙哥赐他金帛、名马、锦衣、玉带，以示嘉奖。回蜀后，他更是大力经营防务。忽必烈绕道吐蕃占领大理，完成了从南面包抄四川的部署。蒙哥亲统大军，主力由川北深入，几路分进合击，全力伐宋。
蒙古军队元帅纽璘与宋四川制置使蒲择之大战于成都，结果失利。纽璘向汪德臣求援，汪德臣派遣将士赴援纽璘，并鼓励说道：“先破敌者，当奏请领此城！”蒙哥到达汉中后，有人将此事奏闻。蒙哥令暂记录在案，待统一全国后，论功兑现给汪德臣的奖赏。
一日，蒙哥与汪德臣并马立于北山，环视四周，群峰巍巍，问起这带敌我双方的态势，赞叹道：“朕在和林，南下以来，众人都盛称你立利州之功。现在见汝身材甚小而胆甚大，不知敌军曾经攻打过此城没有？”汪德臣回答道：“赖陛下洪福，未曾一来。”蒙哥说道：“彼惮卿威名耳，特赐金带敕勒石记功。”
