张弘范有谋略，善骑刺，从20岁起就辅助兄张弘略掌管顺天路（治今保定）事务。蒙古中统元年（1260年），任御用局总管。中统三年（1262年），改任行军总管。从宗王合必赤赴济南参加平定李璮之乱的战役，初显将才。至元元年（1264年），任顺天路管民总管，后移驻大名（今河北大名东北）。至元六年（1269年），以益都、淄莱等路行军万户的身份参与襄樊之战，先戍鹿门堡以断宋粮道、援兵；又建策孤立襄、樊，领千余人守要地万山（襄樊西），严申号令，败宋援兵。至元九年（1272年），建策切断襄、樊两城联系，先破樊城，后取襄阳，各个击破，被征南都元帅阿术采纳。进攻樊城时带伤率精兵先登，协同诸将于次年初攻克该城，因功受赏。
至元十一年（1274年），领左部军从右丞相伯颜攻宋 ，循汉江而下，略郢州（今湖北钟祥）西，克武矶堡。继任前锋，巧渡长江，率步骑兵沿南岸东进，配合水师大败宋军于江州（今江西九江）、丁家洲（今安徽铜陵东北）诸地。至元十二年（1275年）春，跟从伯颜占领建康（今南京）。继随平章阿术进师瓜洲（今江苏仪征东），在扬子桥率13骑渡河破宋军阵营，诸军继后攻击，败宋将姜才部2万，孤立扬州，阻止宋军南援。七月，率水师参加焦山之战，与诸军密切配合，大败宋军，获战船700余艘，以功授亳州万户，赐号拔都（勇士）。后从参政董文炳率水军为左路沿江入海，次年与中路、右路会师临安（今杭州）城外，迫宋廷投降。至元十五年（1278年），任蒙古军、汉军都元帅，率水、陆军2万，自扬州分道南下闽、粤，追击南宋余部。以佯动惫敌、乘虚攻击之法，先后拔三江寨（今浙江绍兴东北）、漳州等地，又遣兵于五坡岭（今广东海丰北）袭击宋军，俘宋右丞相文天祥。至元十六年（1279年）春，偕都元帅李恒指挥崖山之战，断宋水道，两面夹击，配以火攻，全歼宋军余部。