厓山背山麵海，地勢險要。張世傑在海上把1000多條戰船排成一字長蛇陣，用繩索連接起來，船的四周還築起城樓，決心跟元兵決一死戰。元軍用小船滿裝了茅草，澆足了油，點著了火，乘著風勢向宋軍發起火攻。張世傑早已在船上塗上厚厚的一層濕泥，還縛了一根根長木頭，頂住元軍的火船。火攻失敗了，張弘範就用船隊封鎖海口，斷絕了張世傑通往陸地的交通。宋兵在海上餓了吃幹糧，渴了喝海水，兵士們紛紛嘔吐。張弘範指揮元兵發起猛攻，宋兵誓死抵抗，雙方相持不下。
這時候，元軍副統帥李恒也從廣州趕到了山。張弘範增加了實力，重新組織力量進攻。他把元軍分為四路，圍攻宋軍。潮落的時候，元軍從北麵衝擊；潮漲的時候，元軍又順著潮水從南麵進攻。宋軍兩麵受敵，拚命招架。各路元軍一起猛攻，從晌午到傍晚，厓山的海上，海潮洶湧，殺聲震天。
陸秀夫見大勢已去，就背著趙昺一起跳進了大海。
張世傑指揮戰船，突圍撤退到海陵山。1000條戰船隻剩下十幾條。這時，海岸刮起颶風，張世傑堅持不肯上岸。一陣巨浪襲來，這位誓死抵抗的宋將也落水犧牲。1279年二月，元朝統一了中國，南宋宣告滅亡。
在被押往燕京的途中，文天祥告訴對手：“我南朝狀元、宰相，但欠一死報國，刀鋸鼎鑊，非所懼也。”在得知了張世傑、陸秀夫及小皇帝的死訊後，文天祥打定主意，隻求一死而不求苟生。他幾次身殺不成，便以絕食為計。絕食八天後，他竟然又做出了一個知其不可而為之的舉動：恢複進食，坦然麵對逆境！
元世祖忽必烈對於俘獲文天祥之事極為重視。時世祖皇帝多求才南官，王積翁言：“南人無如天祥者。”王積翁的回答其實也是元世祖自己的判斷。他下決心要把文天祥收為己用，甚至樂觀地認為，就像那些在南宋受盡窩囊氣的文臣武將一到了自己手下就立刻生龍活虎起來一樣，文天祥也會很快成為自己的耶律楚材。
1279年十月，元平章阿合馬來文天祥囚所勸降，結果碰了大釘子。阿合馬自討沒趣，灰溜溜地走了。
陸秀夫元朝丞相孛羅親自開堂審問文天祥，文天祥與之唇槍舌劍辯論一番。“天祥入，長揖。欲使跪，天祥曰：‘南之揖，北之跪。予南人，行南禮。’孛羅叱左右曳之地，天祥不屈。問有何言，天祥曰：‘自古有興有廢，帝王、將相，滅亡誅戮，何代無之！我盡忠於宋以至此，願求早死。’有問：‘晉元帝、宋高宗有所受命，二王立不以正，是篡也？’天祥曰：‘景炎乃度宗長子，德祐親兄，不可謂不正，即位於德祐去國之後，不可謂篡；陳丞相對太後命奉二王出宮，不可謂無所受命。’……天祥曰：‘天與之，人歸之，雖無傳授之命，推戴擁立，亦何不可！’……孛羅曰：‘既知其不可，何必為？’天祥曰：‘父母有疾，雖不可為，無不下約之理。盡吾心焉，不可救，則天命也。天祥今日至此，唯有一死，不在多言。’”
南宋在厓山滅亡後，張弘範向元世祖請示如何處理文天祥，元世祖說：“誰家無忠臣？”命令張弘範對文天祥以禮相待，將文天祥送到大都（今北京），軟禁在會同館，決心勸降文天祥。
元世祖首先派降元的原南宋左丞相留夢炎對文天祥現身說法，進行勸降。文天祥怒不可遏，對其厲聲訓斥，留夢炎隻好悻悻而去。元世祖又讓降元的宋恭帝趙來勸降。文天祥麵向北跪在地上，痛哭流涕地說：“聖駕請回！”趙怏怏而去。元世祖大怒，下令將文天祥的雙手捆綁，戴上木枷，關進兵馬司的牢房。入獄十幾天，獄卒才給文天祥鬆了手縛，又過了半月，才給他褪下木枷。
接下來被派遣的是文天祥的親弟弟文璧。這時的文璧已投降元朝。文天祥的回答是一首詩，其中有“弟兄一囚一乘馬，同父同母不同天”之語。文璧在宋亡之後為保百姓而降無可厚非，文天祥對他並沒有過多地責備，他令其帶走自己已經整理好的詩文稿，並商議將其一子過繼到自己的名下以繼承香火。
文天祥進牢的第三年，河北中山府發生了一場農民起義。“至元十九年，有閩僧言土星犯帝坐，疑有變。未幾，中山有狂人自稱‘宋主’，有兵千人，欲取文丞相。京城亦有匿名書，言某日燒蓑城葦，率兩翼兵為亂，丞相可無憂。”文天祥紀念館忽必烈到了該做出選擇的時候了。三年裏與文天祥間接的多次交鋒，使他明白了文天祥“如虎兕在柙，百計馴之，終不可得”，清楚自己對文天祥的看重早已引起了那些主動投降的南官和部分北人的不滿。然而，忽必烈仍然心有未甘，決定親自出馬作最後的嚐試。文天祥以外臣之禮長揖不跪，對元世祖以宰相之位相邀婉言以謝。最後，忽必烈問：“汝何願？”文天祥對曰：“天祥受宋恩，為宰相，安事二姓？願賜之一死足矣。”忽必烈無語。文天祥知道自己死期已到，如釋重負，他的使命和牢獄生活都快要結束了。第二天，文天祥被押往燕京城北的柴市處斬。臨刑前，監斬官告訴文天祥，此時反悔還可以當丞相，文天祥答，“吾事畢矣。”南向拜而死。數日後，文天祥的妻子歐陽氏前來收屍。其衣帶中有字曰：“孔曰成仁，孟曰取義，惟其義盡，所以仁至。讀聖賢書，所學何事，而今而後，庶幾無愧。”