Вдохновленные успехами новгородцы вторглись на территорию Ливонского ордена и начали разорять поселения эстов, данников крестоносцев. Тогда скрытно подошедшее Дерпту (Юрьеву) рыцарское войско, пополненное отрядами датчан под командованием принцев Кнута и Абеля, атаковало передовой русский полк Домаша Твердиславича у селения Хаммаст. К своим сумел пробиться лишь дмитровский наместник Кербет, сообщивший Александру о гибели передового полка. Стойкость этого небольшого отряда позволила новгородскому князю вывести из под удара остальные полки. Он успел отвести свое войско к русско-ливонской границе, проходившей по Чудскому озеру. Обе стороны стали готовиться к решающему сражению.
Оно произошло на льду Узмени (Теплого озера), южнее Чудского озера 5 апреля 1242 г. Знаменитая битва, получившая в наших летописях название Ледового побоища началась на восходе солнца. Немецкие рыцари выстроились клином ("великой свиньей") — узкой и очень глубокой колонной, задача которой сводилась к массированному удару по центру неприятельского войска. Первая шеренга в вершине клина состояла из пяти самых крепких рыцарей. Во второй шеренге находилось семь, в третьей уже девять, в четвертой — одиннадцать конных рыцарей. Далее двигались построенные четырехугольником пехотинцы-кнехты. Замыкал колонну отряд из четырнадцати рыцарей. Такое построение было не раз проверено Орденом в боях, по большей части принося крестоносцам победу на врагов. На подобный исход они рассчитывали и в этот раз. 5 апреля "на солнечном всходе" выстроившихся клином рыцарей повел в бой патриций Ордена Зигфрид фон Марбург.
Русское войско было построено на льду у Вороньего камня по классической схеме, выработанной еще во времена Святослава. Центр — пеший полк с выдвинутыми вперед лучниками, по флангам — конница. Новгородская летопись и немецкая "Рифмованная хроника" единогласно утверждают, что рыцарский клин пробил стоявший на льду строй русской пехоты, но не смог преодолеть крутой берег и остановился. В это время по флангам "великой свиньи" ударила русская конница, и рыцари оказались в окружении. Как пишет летописец, произошла злая сеча, льда на озере стало не видно, все покрылось кровью. Русские, одолев, гнали врага до Суболичского берега по льду семь верст. В сражении, по подсчетам Ю.К. Бегунова, погиб 531 рыцарь, а чуди бесчисленное множество, в плен новгородцы и суздальцы взяли более 50 рыцарей. "Немцы, — говорит летописец, — хвалились: возьмем князя Александра руками, а теперь самих Бог выдал ему в руки". Так вслед за шведским союзником были разгромлены немецкие рыцари. Ливонский орден был поставлен перед необходимостью заключить мир, по которому крестоносцы отказывались от притязаний на русские земли, пленников с обеих сторон обменяли. Успешная защита Александром границ северной Руси привела к тому, что немцы, по мирному договору, отказались от всех недавних завоеваний и даже уступили Новгороду часть Латгалии. Летописец, прославляя подвиг новгородского князя, записал: "И стало слыть имя Александра Ярославича по всем странам, от моря Варяжского до моря Понтийского … даже и до Рима великого, распространяя его перед тьма тьмами и перед тысячами тысяч".
Летом того же года Александр нанес поражение семи литовским отрядам, нападавшим на северо-западные русские земли, в 1245 году отбил Торопец, захваченный Литвой, уничтожил крупный неприятельский отряд у озера Жизца и, наконец, разгромил литовское ополчение в Полоцкой земле под Усвятом. Победами 1242—1245 годов он, по словам летописца, такой страх нагнал на литовцев, что они стали "блюстися имени его".
Успешные военные действия Александра Невского надолго обеспечили безопасность западных границ Руси, но на востоке русским князьям пришлось склонить голову перед гораздо более сильным врагом — монгольскими завоевателями. При тогдашней малочисленности и разрозненности русского населения в восточных землях, нельзя было и думать об освобождении их из-под власти огромной кочевой империи монголов, поглотившей львиную часть Евразии.
В 1243 году хан Батый, правитель западной части этой державы — Золотой Орды, вручил ярлык великого князя владимирского на управление покоренными русскими землями отцу Александра — Ярославу Всеволодичу. Вскоре великий хан монголов Гуюк призвал великого князя в свою столицу Каракорум, где 30 сентября 1246 года Ярослав неожиданно скончался (по общепринятой версии, он был отравлен по доносу черниговского боярина Федора Яруновича, сообщившего монголам о желании великого князя принять католичество). После Ярослава старшинство в княжеском роде и Владимирский престол наследовал его брат, Святослав Всеволодич, который утвердил племянников своих, сыновей Ярослава, на землях, данных им покойным великим князем. Вплоть до этого времени Александру удавалось избегать контактов с монголами. Но в 1247 году в Каракорум были вызваны оба сына покойного Ярослава — Александр и Андрей. Пока Ярославичи добирались до Монголии, сам хан Гуюк умер, и новая хозяйка Каракорума ханша Огуль-Гамиш решила назначить великим князем Андрея, Александр же получил в управление опустошенную Южную Русь и выжженный монголами Киев.
Лишь в 1249 году братья смогли вернуться на родину. Александр в свои новые владения не поехал, а вернулся в Новгород, где тяжело заболел. В 1251 году расхворалась и вскоре умерла его первая супруга Александра Брячиславна. Ухаживавший за женой князь также заразился и несколько недель находился при смерти, с трудом победив тяжкий недуг. Есть известие, что папа Иннокентий IV в том же 1251 году прислал к Александру двух кардиналов Галда и Гемонта с буллой, написанной еще в 1248 году. Папа, обещая помощь ливонцев в борьбе с татарами, убеждал Александра пойти по примеру отца, согласившегося подчиниться римскому престолу, и принять католичество. По рассказу летописца, Александр, посоветовавшись с мудрыми людьми, отверг предложение папы, зная, что Русь не готова начать борьбу с монголами. Шведы в 1256 году попытались было отнять у Новгорода побережье Финского залива, приступив к постройке крепости на реке Нарве, но при одном слухе о приближении Александра с суздальскими и новгородскими полками ушли обратно. Чтобы еще более устрашить их, Александр, несмотря на чрезвычайные трудности зимнего похода, проник в Финляндию и огнем и мечом прошел почти через всю эту страну. О его результате узнал даже римский папа Александр IV, в своем послании указавший, что от руки русских мстителей погибло много подданных шведского короля, что победители "много усадеб и земель предали огню".
Тем временем большие, сулившие новые опасности, перемены произошли на Востоке — в 1252 году в Каракоруме ханша Огуль-Гамиш была свергнута ханом Мункэ (Менге). Воспользовавшись этим обстоятельством и решив отстранить от великого княжения подозрительного ему Андрея Ярославича, Батый вручил ярлык великого князя Александру Невскому, который был срочно вызван в столицу Золотой Орды город Сарай. Возможно, в таком решении присутствовала и изрядная доля провокации, рассчитанной на нездержанность младшего брата Александра. Действительно Андрей Ярославич, поддержанный другим братом Ярославом, тверским князем, и тестем галицким князем Даниилом Романовичем,, отказался подчиниться приказу Батыя.
Для наказания непокорных князей Батый быстро поднял в поход уже стоявшее наготове 100-тысячное монгольское войско под командованием Алексы Неврюя. Русские летописцы назвали это нашествие "Неврюева рать". Быстрого прихода врага Андрей и его союзники не ожидали. 24 июля 1252 года у стен Переяславля-Залесского произошло сражение, в котором русские дружины были вновь разбиты. Тогда, бросив свои полки, князья Андрей и Ярослав бежали за пределы Северо-Восточной Руси, первый — в Швецию, второй — в Ладогу. За вину князей ответили простые русские люди. Многие из них погибли, другие были уведены в полон, многое множество разбежалось по окрестным лесам. Особенно пострадали жители Суздаля и Переяславля-Залесского.
Александр, правильно оценивший расклад сил, сумел остаться в стороне от мятежа братьев и, сохранив ханскую милость, стал править во Владимире. Осенью 1252 года он женился вторым браком на рязанской княжне Дарье Изяславне, родившей ему трех сыновей — Дмитрия, Андрея и Данилу. Жизнь в разоренном нашествием княжестве постепенно возрождалась. Бежавший за пределы Руси Андрей Ярославич через некоторое время вернулся на Русь и помирился с братом, который в свою очередь заступился за него перед ханом и дал ему в удел город Суздаль. Хуже обстояло дело с другим братом Ярославом Ярославичем. В 1253 году он был приглашен на княжение в Псков, а в 1255 году — в Новгород, жители которого противились попыткам великого князя наложить на них ордынскую дань. Стремясь отстоять свою вольность, новгородцы выгнали прежнего князя Василия — сына Александра Невского, пытавшегося добиться уплаты "выхода" (дани) монголам. Но Александр, вновь посадил в Новгороде Василия, жестоко покарав зачинщиков возмущения. Брат Ярослав, однако, был прощен великим князем.