基督教的另外一支，即罗马天主教的入华，开始于1294年。在此之前，由于蒙古铁骑的大举西征，引起罗马教廷和欧洲各国君主的震惊，他们出于政治和军事的动机，先后派出使节前往蒙古帝国。1245年，教皇英诺森四世派方济各会修士、意大利贝鲁齐亚人普兰诺·迦宾为使团首领，带着教皇劝告蒙古大汗停止杀掠欧洲基督教徒的书信，前往蒙古。经过三个月的长途跋涉，于同年7月22日到达和林。当时蒙古人正在举行选举贵由为大汗的贵族会议。普兰诺·迦宾逗留四个月后，只带了一封贵由敦促教皇归降入贡的回信返回教廷。1247年，教皇又派多明我会修士、伦巴德人阿西林出使蒙古，拜见蒙古西征军统帅拔都，无功而返。1249年，率领第七次十字军准备东征的法国国王路易九世，派遣多明我会修士、法国人安德烈·朗久木前往蒙古。朗久木等人抵达额敏河(今新疆西北部)贵由行宫时，正值贵由病死，皇后海迷失摄政。皇后接见朗久木以后，复信要求西方称臣入贡。朗久木不得要领，在1251年返回。1253年春，路易九世又派方济各会修士、法国人卢白鲁克以传教名义东来。卢白鲁克先后觐见西欧盛传是基督教徒的蒙古拔都之子撒里塔和驻在伏尔加河畔的拔都。拔都命他晋见大汗蒙哥。他于年底抵达蒙哥在汪吉河(今蒙古人民共和国境内)附近的冬营帐地，然后伴随大汗营帐北移，次年四月进入和林。据他在《东行记》中自述，他在蒙哥大汗面前曾与佛、道诸教论战，并在辩论中获胜，博得大汗和皇后对基督教的好感，皇后时常到教堂做礼拜，他也为他们诵经祈祷。但五个多月后，卢白鲁克却带着蒙哥的严厉促降书返回。他此行的使命，原是希望结好蒙古，共同抗击穆斯林，收复圣地和进行传教，无疑是彻底失败了。1266年，威尼斯商人尼古拉和马菲奥兄弟来到上都(开平)，受到忽必烈的接见。忽必烈提出要求教皇派来熟知基督教义、通晓七艺(文法、逻辑、修辞、算术、音乐、天文和地理)的百名学者来华。尼古拉兄弟于1269年返回欧洲，向教廷呈递了蒙古的书信。两年以后，尼古拉兄弟携带17岁的马可波罗再次东来。教皇格列高利十世派遣的两名多明我会修士，中途因惧怕危险而折回。他们三人经过三年半的艰苦跋涉，于1275年夏到达上都复命。马可波罗在元朝留居17年，颇得忽必烈的信任。1295年返抵威尼斯后，因《马可波罗游记》问世而著名于世。忽必烈的提议和巴尔扫马的西行，促使教皇尼古拉四世任命方济各会修士、意大利萨莱诺人约翰·孟高维诺为教廷使节，前来中国传教。从传教意义而言，孟高维诺是天主教在中国开辟教区的第一人。
1289年，孟高维诺携带教皇致忽必烈信件，取道波斯、印度，于1294年泛舟来到大都。忽必烈已于同年去世，元成宗接见了他，允许他在大都自由传教。他首先在信奉景教的蒙古贵族中进行劝化，成功地使高唐王阔里吉思改宗天主教。但在阔里吉思作战身亡后，其弟术忽难又率部众奉行景教。据马黎诺里报告，大都有阿兰人“三万之众”，皆崇奉基督教。他们是蒙古西征时从高加索迁来的军人。天主教在大都的传播，与这些人有密切关联。
孟高维诺在中国的传教活动，可以从他分别写于1305和1306年的两封信件中得知一个大概。他经过大约五年的努力，在大都建造了天主教的第一座教堂。他在1305年的信中说：
余于京城汗八里筑教堂一所，六年前(公元1299年)已竣工。又增设钟楼一座，置三钟焉。自抵此以来，共计受洗者达六千余人。
余尝收养幼童一百五十人，其父母皆崇奉异端。幼童年龄，自七岁至十一岁不等。皆毫无教育，亦无信仰。余皆加洗礼，教之以希腊及拉丁文……余为之组织唱歌队。每逢星期日，则在教堂轮流服务。余莅堂或他往，诸童皆能不懈其职……唱歌时，皇帝陛下亦尝闻而乐之。祭圣时，余与诸童共同行礼。
在第二封信中他又说：
1305年，余在大汗宫门前，又建新教堂一所。堂与大汗宫仅一街之隔。两处相去不过一箭耳。鲁喀龙哥人彼得者，笃信基督圣教，善营商。当余由讨来思起程时，彼即伴余东来。新教堂地基，即彼购置，捐助与余，以礼敬天主……
第一教堂与第二教堂，皆在城内。两处相距，有二迈耳半，盖汗八里城之大，莫与比拟也。余将所收幼童，分为两队。一队在第一教堂，他队则在第二教堂，各自举行祭务。余为两堂住持。每星期轮流至一堂，指导奠祭。
孟高维诺在中国进行传教的主要阻力来自景教徒。景教在当时的朝廷中颇有势力，而罗马天主教一直把聂斯托利派视为“异端”。孟高维诺曾“费尽苦心，欲使聂斯托利派教徒改宗罗马教会，明告彼等，若不改宗，则彼等之灵魂，将不能拯救矣。缘此聂派叛教者，皆恨之切齿”(《大可汗国记》)，对他进行打击和排挤。孟高维诺说：
聂斯托利派徒众，名为崇奉基督，实则远离圣道。其人在东方有权有势。不与同道者，则虽至小教堂，不许建设，稍与异旨之文字，不得刊布也。东方诸国，自昔圣徒绝迹。余初来此境，受聂派直接虐待，或唆使他人来欺侮余，种种情形，备极惨酷。其人造作诽语，谓余乃侦探匪徒，而非由教皇派遣。稍后，其人又伪造证据，谓教皇实有大使派来东方，赠礼物甚伙，至印度时，余暗杀大使，而窃其物也。阴谋诽谤不止者凡五年。余尝受法庭传审，几受死刑。最后乃得天主怜助，有某君作证，启发大汗之天心，使知余实冤枉无罪，告者诬妄。大汗将诬告者及其妻妾儿女，悉放逐之。
此后，孟高维诺取得元成宗的信任，在宫廷中有一职位，可定时入宫。因其为教皇特使，故在宫中有专座，地位在各宗教主管长官之上。他除了翻译《新约》和《诗篇》外，还特别绘制了六幅《圣经》图像，附有拉丁、特尔赛和波斯文的说明，供传教使用。他慨叹说：“余若有二三同伴在此助理，则至今日大汗必受洗矣。”
教皇克莱芒特五世得知孟高维诺传教顺利，于1307年再派方济各会修士七人来华，协助孟高维诺主持教务。七人中只有格拉德、裴莱格林和安德鲁三人到达中国。他们代表教皇祝圣孟高维诺为汗八里总主教，兼辖东方教务。大概就在这一年，即1313年，泉州也创设了主教区，由格拉德任首任主教，以后由裴莱格林和安德鲁先后继任。据安德鲁1326年发自泉州的信中说，泉州有一位富有的亚美尼亚妇人，在城内建了一所雄伟华丽的教堂，由孟高维诺指定为主教座堂。她还捐献巨资作为维持费用，并在临终遗嘱中指定将教堂归给格拉德主教使用。安德鲁在泉州附近小林中建造教堂一所，1322年裴莱格林去世后，移居城内继任大教堂主教。
安德鲁在信中特别提到他们在中国传教的经济来源。他说：
(在汗八里居留五年期间)，尝自皇帝取得阿拉发(阿拉伯语)一份，俾可供给吾等衣食之用。阿拉发者，皇帝所赐外国使臣、说客、战士、百工、伶人、术士、贫民以及诸色人等之俸金，供其生活费用也。所有俸金之总数，过于拉丁数国王之赋税。
他迁居泉州时，得到允许，将钦赐薪俸(阿拉发)移往泉州。他说，据外国商人估算，“照本年汇价，皇帝每年给余之俸金，可值一百金佛罗林左右云。俸金大半，余皆用之于建筑教堂”。看来，西方传教士在元朝所受的待遇确实很好。孟高维诺在中国独立传教30多年，没有元朝统治者的优待是不可能的。
在孟高维诺任汗八里总主教的最后几年中，方济各会修士、意大利波德诺内人鄂多立克来到中国。他早年在故乡乌丁修道院修道，以苦行著称，1316年从欧洲启程经海路来华。约于1322年抵达广州，曾在泉州会见主教安德鲁，至杭州寄寓方济各会教堂，并与灵隐寺佛僧辩论生死轮回之说。约在1325年到达大都，谒见泰定帝。他说，在大都宫廷中担任要职的萨拉森人、鞑靼人及佛教徒，都有改宗基督教的，孟高维诺深得皇帝宠信，享有很高的声望。他见孟高维诺年事已高，急需加派教士前来协助，于是在1328年由陆路返欧。1330年到阿维尼翁晋见教皇约翰二十二世，准备率领50名教士东来，但因病于1331年去世。
1333年，教皇得知孟高维诺于1328年病逝的消息后，委派巴黎大学神学教授尼古拉继任其总主教职。尼古拉一行抵达阿力麻里(今新疆霍城县水定镇西北)，受到察合台汗的欢迎。但从此以后，竟不知去向。1336年，元顺帝派遣一个16人的使团，由泉州主教安德鲁等人带领前往罗马。使团还携带阿兰贵族福定、香山、者燕不花等署名致教皇的信，请求派来新的主教，改变无人教诲和抚慰的状况。元朝的使团在1338年抵达阿维尼翁，受到教皇本尼狄克特十二世的接待。教皇立即筹组一个使团，以方济各会修士、意大利佛罗伦萨人马黎诺里等四人为专使，同元朝使团一起东行。他们在1342年8月19日到达汗八里，专使波纳中途折回，同行者共32人。马黎诺里等进城时，朝廷安排了隆重的迎接仪式。马黎诺里向元顺帝进呈教皇复书，并奉赠骏马一匹。马黎诺里记载：“汗八里都城内，小级僧人(低级教士)有教堂一所，接近皇宫。堂内有总主教之寓所，颇为壮丽。城内他处，尚有教堂数所，各有警钟。教士衣食费用，皆由大汗供给，至为丰足。”他在大都逗留期间，“常与犹太人及他派教人，讨论宗教上之正义，皆能辩胜之。又感化彼邦人士，使之崇奉基督教正宗。因之拯救灵魂于地狱苦境者不少也。”使团在大都居留四年，然后循海路西归。当使团离去时，皇帝嘱咐请教皇再派马黎诺里或红衣主教一级的人来担任主教，最好也是修士。但是，马黎诺里返回后不久，罗马教廷分裂加剧，元朝也被逼北迁，基督教在中国的传教活动随之完全中止。
元代的也里可温始终备受尊崇。至元二十六年(公元1289年)，元世祖特设崇福司，专管基督教徒，“掌领马儿哈昔(主教和长老)、列班(司铎和修士)、也里可温、十字寺祭享事宜。”延祐二年(公元1315年)升格为“崇福院”，“置领院事一员，省并天下也里可温掌教司七十二所，悉以其事归之。七年(公元1320年)复为司。”(《元史·百官志》)崇福司和专管佛、道的宣政院、集贤院，合为元朝三大主管宗教机构。崇福司主管长官司使四员，从二品，官秩在宣政院从一品之下，与集贤院同。在元朝的诏令中，也里可温常常列在僧、道之后，答失蛮之前，可见也里可温的社会地位和影响仅次于佛、道两教。但是，基督教作为一种以传教为主要目的外来宗教，要成功地植根和传播于中华大地，必须适应中国的文化传统和社会需要。在统治者的庇护和支持下，景教一度在全国设有也里可温掌教司(主教座堂)72所，天主教也建立大都和泉州教区，但教徒大都不是汉人，而是蒙古人和色目人。基督教在中国社会并没有真正扎下根来，仅仅依附于元帝国的政治势力，浮在社会表层。因此，它随着元帝国的兴盛而发展，跟着元帝国的覆灭而绝迹。美国学者赖德烈说：“据我们所知，中国如果过去未曾传入过景教，或罗马教皇也从未派遣孟高维诺等方济各会修士从欧洲经过艰难的长途跋涉而来到过中国，那么，中国人和中国文化也不会和今天有什么不同。”(《基督教在华传教史》)这说明元朝的基督教对中国影响不大。