1259年末，忽必烈与贾似道在鄂州订立城下之盟，蒙古退兵。贾似道向宋廷隐瞒了议和、纳币之事，以所杀获俘卒上功，谎称“诸路大捷”、“江汉肃清”。之后，长期甘弱幸安的宋廷对来自北边的严重威胁置若罔闻，“从容如常时”，仍然沉溺于穷奢极欲之中，南宋政权的腐败发展到了无以复加的地步。贾似道擅权无上，集百官议事时居然厉声斥问他们：“诸君非似道拔擢，安得至此？”时人至有“辇毂谁知有赵皇，宫廷也只说平章”之讥。被誉为“真将才”的刘整受统帅吕文德、俞兴忌恶构陷，被迫北降，“蒙古由是尽得国事虚实”。甚至当襄阳已下，元军“旦暮斧斤不绝，整兵练众，意在渡江”之时，宋朝的方面大员中仍有人认定“渔舟如叶，江涛渺然”，北兵自然攻不破“长江天堑”。朝廷大权掌握在这样一班将相手中，遂使宋朝爱国军民一城一地的英勇抗战终于不能挽回亡国的命运。

刘整降蒙后向忽必烈建议：“攻宋方略宜先从襄阳。”至元五年，忽必烈命阿术、刘整督军，攻宋军重镇襄阳，“张平宋本”。元军于汉水东岩的鹿门山和白河口等筑堡，以逼襄樊。由于守城之战素为宋所擅长，元军意在以长围久因克复之，故于同年立河南行省，经理屯田，就便供给襄樊前线。六年，命史天泽至前线经画。史天泽用张弘范建言，“城万山以断其西，栅灌子滩以绝其东”（《元史?张弘范传》）。七年，又筑实心台于汉水中流，置弩炮于其上，与夹江堡相应；继而复筑围城，完全切断了救援襄阳的陆路。同时，由刘整选卒七万，日练水军，以济己之短。宋人援襄之兵多次失败。八年，宋将范文虎率舟师十万来援，至鹿门山大败，船舰百余及辎重全部落入元军之手。九年，宋将李庭芝又遣民兵都统张顺、张贵自襄阳西北清泯河乘舟突入重围，接应襄阳。张顺、张贵先后战死，襄樊之围仍不得解。是年，元军对樊城实施攻坚战。

襄阳和樊城隔汉水南北相望。宋人列木植江中，贯以铁索，上造浮桥，互相应援。冬，元军断木沉索，焚毁浮桥，绝两城间的联络，并用回回炮猛击樊城。至元十年正月，樊城破。襄阳守将吕文焕见大势已去，即向元军投降。到这时为止，宋军苦守襄阳首尾达六年。时论对吕文焕出降虽有“须知李陵生，何若张巡死”的批评，但对他兵尽力竭，不得已而出此之举仍寄于同情之心。汪元量在《湖山类稿》的《醉歌》中唱道：“吕将军在守襄阳，襄阳十年铁脊梁。望断援兵无消息，声声骂杀贾平章。”

攻克襄樊之后，阿术奉命移军略淮东，游弋扬州城下。直到这时候，忽必烈仍未最后下定一举灭宋的决心。十一年元月，阿术入觐，坚请兴师平江南。诏令相臣会议，史天泽也力主平宋。在几经犹豫以后，忽必烈终于接纳了阿术、刘整等人的建言。他遣使潜入宋境，到信州（治今江西上饶）龙虎山问天命于张天师，当即在此前后。

至元十一年三月，元廷调兵数十万，以伯颜、史天泽（寻以疾还）、阿术、吕文焕行省荆湖，由江汉图宋；以合答、刘整、董文炳等行省淮西（八月改为行枢密院），驻扎正阳，“南逼江，断其东西冲’；以淮东地区地元军授大将察罕统一节度，配合攻宋，构成三路进兵态势，而以伯颜一军为主攻。七月，伯颜等将领陛辞，忽必烈叮嘱他要效法曹彬，“不杀”而取江南。九月，伯颜亲自领军，自襄阳沿汉水趋郢（令湖北钟祥），揭开大举灭宋的战幕。

时宋军在郢州聚重兵十万，夹汉水而城，铁索横江，阻遏元军水师。伯颜弃城不攻，由藤湖绕过郢州，复舟行汉水，长趋直入，于十二月抵达汉口。宋淮西制置使夏贵以战船万艘列置江中，戍重兵于江北重镇汉阳军、阳逻堡，与江南鄂州互为应援，力图阻拦元军从这里入江东下。伯颜麾军佯攻汉阳，扬言将由汉口入江，同时暗遣别骑倍道袭取沙芜，计成。元军遂从汉水下游开坝导水，接通沦河下游水域，使舟师得以由此进入大江。而后又佯攻阳逻堡，别遣精兵溯流西，屯于青山矶对岸：至夜，抢渡大江，占青山矶，起浮桥引大军绝江而南。夏贵闻元军渡江，大惊，引麾下三百艘遁还庐州（今安徽合肥）。元军克阳逻堡，南宋江汉守军士气瓦解，汉阳、鄂州、德安（治今湖北安陆）相继投降。

是年底，伯颜留阿里海牙兵四万于鄂，以规取荆湖，自己与阿术领兵沿江东下。次年三月，阿里海牙于洞庭湖口击溃宋高世杰军；四月，攻取江陵，荆湖北部州县多降。阿里海牙的这一胜利，完全解除了伯颜“上流一动，则鄂非我有”的后顾之忧。忽必烈对攻宋能否成功信心不足，伯颜南征后“使久不至”，竟命杨恭懿入殿卜吉凶；济江下鄂之捷闻，仍未完全消释其疑虑。他夜召姚枢入内，说道：“朕昔济江而家难作，天不终此大惠而归。今伯颜虽济江，无能终此与否，犹未可知！是家三百年天下，大命未在吾家，先在于彼。勿易视之。”直至阿里海牙下江陵，他才放心他说：“东南之势定矣”，乃敢在京师排宴志庆。

伯颜与阿术自鄂州顺流而东，仍以吕文焕为前军。宋沿江将帅多为吕氏旧部、门生，每不战而降。十二年二月初，元军进至安庆，在这里与从正阳南下的董文炳会师，又进至池州（治今安徽贵池）。南宋自鄂州失守，阖朝震惊。贾似道迫于太学生及群臣的舆论压力，只好亲自都督诸路军马，集诸路军十三万，上表出师。他与夏贵会师江上，复进至芜湖。这时候，他还想以岁纳市与元军议和，遭到伯颜拒绝，至元十二年二月，伯颜自池州向东推进，与宋军遇于丁家洲。伯颜部骑兵沿大江两岸掩杀，举巨炮猛轰宋军，阿术则驱船舰突入宋水师。宋前军孙虎臣战线动摇。夏贵见状不战而走，以扁舟掠贾似道船，对他喊道，“彼众我寡，势不支矣！”贾似道惊慌失措，下令退师。宋军全线溃败，军资器械全为元军所获。伯颜军进至建康（今南京），不战而降镇江，时近暑夏，遂遵旨驻兵建康、镇江休整。五月，伯颜奉召赴阙议事，攻宋战争稍有间歇。

入秋，宋沿江制置使赵晋、枢密都承旨张世杰等陈舟师于镇江水面，邀元军会战。宋水师“舳舻连接，旌旗蔽江”，每十船为一舫，连以铁锁，以示必死。时伯颜北觐未归，元军由阿术指挥，分兵逆战。元军以火延烧宋师篷樯，宋军大溃，董文炳军追张世杰至海。自此战后，宋人基本上失去与元军正面交战的能力。江北扬、泰等州，江南常州等地虽都婴城固拒达数月，却已无法阻止元军南进的破竹之势。

八月，伯颜还军前。十一月，伯颜以阿术驻瓜洲绝扬州之援，余部分军三道发动总攻。右路以步骑自建康趋广德军四安镇，由独松关（在今浙江旧余杭西北九十里）包抄临安；左路以董文炳、范文虎率水军从京口循大江蹈海，绕行入杭州湾；伯颜自率中路水陆诸军，沿运河，历常州、无锡、平江（治今江苏苏州）、嘉兴，趋临安。无军强克常州后实行屠城，“城内外积骸万数，至不可计。井池沟堑，无不充满。仅余妇女婴儿四百而已”。自元军下建康，宋廷“举朝相顾失色”，“台谏哭声震天”。大臣们相率“接踵宵遁”，以至“朝中为之萧然”。贾似道被罢黜后，宋廷以王瀹、陈宜中为相，并都督诸路军马。寻复以二相论事不合，免王瀹相位，改任闺梦炎与陈宜中。陈宜中当危难之秋，竟“以王师务宜持重”为辞，拒绝文天祥、张世杰以勤工之师与敌决战的建言，一意向元朝求和，甚至不惜晋用降元将领吕文焕的侄子吕师盂（吕文德子）为兵部侍郎，以求和议。这时候，陈宜中主持下的宋廷，几度遣使至日益逼近宋都的伯颜军前，乞求罢兵，表示愿意称侄，如不许，称侄孙亦可，再不许，甚至只求封一小国。但这时元军灭宋之意已决，不许和。

至元十三年正月，元三军毕会于临安府郊外。张世杰、文天祥坚请三宫入海，愿率众背城一战。陈宜中沮之，说太皇太后谢氏献传国玉玺及降表于伯颜军前。当夜，陈宜中便遁温州。张世杰眼看临安不守，亦在此时移师定海（今浙江镇海），抗命拒元。宋度宗子益王赵是和广王赵?在廷臣保护下潜出临安府，渡浙江（今富春江），趋婺州（治今浙江金华），经温州，由陈宜中等相拥入闽。是月，阿里海牙破潭州（治今湖南长沙），招降湖南诸郡。元廷诏阿术所部李恒从逊都台趋江右，立都元帅府于江州（治今江西九江），经略江西。这样就使元军从荆湖至浙东，完全连成一片。

二月，伯颜遣官入临安视事，籍府库，收百官符印，遣散禁军。三月，伯颜入临安，依旨押送全太后与宋少帝赵?北上，留阿刺罕、董文炳领行省事，忙兀台镇浙西，唆都镇浙东。谢太后因疾暂留南方，后来也被押到大都。赵?先受封为瀛国公，后入吐蕃学佛，号合尊大师，一号本波讲师，英宗时被毒死；全太后则入庵为尼。

是年五月，逃到福州的陆秀夫、张世杰、陈宜中等拥益王?为帝，进广王?为卫王。临安投降前使于伯颜军前遂被羁的文天祥，在北解途中逃脱，这时也辗转来投赵是。流亡小朝廷力图凭借福建，规复两浙和赣南。江西、两浙地区闻闽廷颁诏，亦“在在起应，蜂屯蚁附”。秋，张世杰以十万大军攻建昌（今江西南城），败绩。文天祥先开府南剑（今福建南平），至冬，遂引军西趋，次汀州（今福建长汀），遣军攻宁都、零都（今江西于都）等地。这时候，元大军沿处州（今浙江丽水）、建宁（今福建建瓯）、邵武一线由浙东入闽，张世杰、陈宜中等却不敢组织抵抗，奉赵是及卫玉?从福州蹈海至泉州。时宋军尚有17万人，并民兵30万、淮兵万人。宋军因征用船只与闽广招抚使蒲寿庚冲突，蒲叛宋降元，二王又从泉州逃到潮州海面飘泊。不久移至甲子门（在潮、惠二州交界处海岸）。

至元十四年正月，江西元军入闽趋汀州。丈天样退至漳州界内，移入梅州（今梅县）。五月，他逾大庚岭复入赣南，连破诸邑，势稍振；八月，文天祥被元将李恒袭破于兴国，损军20万，妻妾子女亦被元军追获；是冬，转战至南岭屯戍。元军下汀州后，进兵广东，二月，复取广州。四月，南宋小朝廷辗转移驻官富场（今深圳西南）。秋，元军一路由塔出统率，自江西再逾大庾岭入广东；一路由唆都统率，自泉州之西攻入广东，小朝廷移至广州湾内的秀山，寻又出逃到井澳（即今澳门以南诸小岛所在洋面），遇风舟败，军士死过半。继而避追兵入海至七洲洋（今海南岛以东海域），欲直航占城，由陈宜中扁舟先往联络，而大队未行。次年春，往驻?洲岛（在今湛江外的洋面上）。四月，赵?死于?洲，张世杰、陆秀夫等拥八岁的卫王赵?为帝。六月，张世杰率军收复雷州（今广东海康），失败，乃奉帝?移师至广州湾内新会南百里洋面上的崖山，扼险自固。张世杰余部尚有士卒万人，舟八百余艘。在此前后，文天祥至诩州府东南海滨的乾溪山（船澳），上表自劾兵败江西之罪，再次请入朝，仍不许。他只好在潮、惠一带领残军坚持抗元。

元廷在至元十五年五月末获知赵?死而赵?立。六月，张弘范、李恒率水陆军二万赴闽广灭宋残部。元军由赣南出兵人广。是年冬，张弘范至潮阳，前军击溃自潮阳走海丰的文天祥军，擒文天祥。这时候元军已从宋降卒口中确知赵?在崖山。至元十六年正月，张弘范大军由海路自潮阳港径往崖山，途中命囚系随军的文天祥修书招张世杰，文天祥乃书《过零丁洋》诗授之，留下了“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”的千古名句。

至元十六年二月六日，张弘范、李恒两军会合后，对宋崖山水师发起总攻，激战经日，宋兵全军溃败。陆秀夫杖剑趣妻子入海，随即负幼帝?自沉；张世杰率十六舰趁夜间突出重围，欲奔交趾再图恢复，途中遇飓风舰败，溺死于海。

临安降元后，淮东、四川许多地方仍坚持抗战。守卫扬州的李庭芝拒绝遵从太后命他归降的旨意，声言奉命守城而未闻有奉命投降者。但不久，扬、泰诸州相继失陷；四川沪州、重庆及东川诸州于至元十四年末十五年初亦被元军占领。十六年初，坚持抗战三十多年的合州也被迫投降。南宋版图至此全为元有。