忽必烈登汗位後，1264年建都燕京，改年號為至元，1271年改國號為大元，開展對南宋的第二次戰役。1267年冬，元軍對南宋的襄陽、樊城進行圍攻，這兩座城池隔漢水對峙，上通秦隴，下控荊楚，是軍事重鎮。兩城被包圍達6年之久，多次向臨安朝廷求援，把持朝政的賈似道皆置之不理，他排斥忠良，進用群小，權傾朝野，紛更舊法，大買公田，破家者多;又行“推排法”，江南之地，尺寸皆有稅，民力困弊。襄陽危急時，賈似道急於起樓閣亭榭，每天淫樂賭博其中，嗜寶玩，鬥蟋蟀。
元軍增強攻城兵力，堵截南宋的援軍，郢州守將、荊湖制置使李庭芝，招募勇士3000人來援。援救襄陽的尚有民兵將領張順、張貴，他們發船百艘，各船置火槍、火炮、熾炭、巨斧、勁弩，乘風破浪，浩浩蕩蕩而來，徑犯重圍，轉戰百二十里，直抵襄陽城下。張順奮不顧身，勇往直前，身中四槍六箭而壯烈犧牲;張貴殺入襄陽城後，為了與預先約定的郢州援軍會合，他帶領舟師突圍，因漢奸告密，在龍尾洲遭元軍阻擊，犧牲慘重，張貴身負數十槍，終因力不支被俘，不屈而死。
襄陽與樊城雖隔漢水，但建有浮橋，互通信息，彼此聲援。元軍水陸夾攻，燒燬浮橋，使襄樊兩城的聯繫中斷，並採用發射巨石的機械“回回炮”轟城，樊城先破，守將牛富率兵士百人巷戰，身受重傷，以頭觸柱赴火死;其裨將王福，嘆曰：“將軍死國事，吾豈宜獨生!”隨牛富之後亦赴火死。襄陽守將呂文煥投降，堅守襄陽的範天順見大勢已去，仰天嘆曰：“生為宋臣，死當為宋鬼!”他就在戰鬥崗位上自縊身死以殉國，朝廷表彰其忠義曰：“功烈雖卑，忠義莫奪。”襄樊保衛戰中湧現了很多忠臣義士。
元軍佔領襄樊後，南宋的防線被突破，湖北各地人民為保家衛國，浴血奮戰。沙洋守軍在王大用領導下，不畏強暴，與元軍鏖戰，城破，王大用被俘。投降元軍的襄陽守將呂文煥，賣身投靠元軍，為元軍帶兵攻新城，遭到迎頭痛擊，幾乎喪命。呂文煥原先根本不把新城放在眼裡，以為可不攻而破，豈料新城的守將是隨州人邊居誼，他原是名將李庭芝的部下，積戰功至都統制。鹹淳十年(1274 年)，以京湖制置帳前都統守新城。他善於治軍，統兵有術，對部下的管理得法，極得軍心;戰守之具，都安排得井井有條。
當呂文煥來攻時，邊居誼率舟師拒之，呂文煥不能武力壓服，便將在沙洋所斬之首級拿出來威脅招降，被嚴詞拒絕;沙洋俘虜的王大用被迫來勸降，邊居誼毫無所動;又將勸降書射入城中，邊居誼提出要與呂文煥對話，呂文煥以為邊居誼已經動搖，立即馳馬至城下，在呂文煥正做著納降美夢時，城上伏弩亂髮，呂文煥被射中三箭，其乘馬被射死，左右在慌亂中把他救出。過了兩天，守城的總制黃順出降，回過頭勸邊居誼投降，邊居誼表示了死守新城的決心，並對陰謀叛逃以響應黃順的一批士兵處以極刑。
呂文煥見威脅利誘毫無作用，指揮攻城。邊居誼以火具卻之。呂文煥為了效忠其新主子。不惜大批士兵的生命，驅使兵士蟻附登城，邊居誼往來督戰，戰至傍晚，侵漢樓被破，燃起大火，火勢迅速蔓延，殃及民居，邊居誼堅持戰鬥至筋疲力盡，投火死。邊居誼的英勇壯烈，元朝丞相伯顏亦極為欽佩，後來在他犧牲處立廟紀念他。 襄樊、新城失陷後，郢州都統制趙文義，更戍歸，途中與元兵相遇，力戰犧牲。其兄趙武義亦在抵抗元兵中戰死。兄弟為國捐軀，父子為國獻身，這類可歌可泣的壯舉眾多。
元右丞阿里海牙攻江陵，江陵原恃三海八匱為防，忽遇水涸，元兵乘風縱火，江陵與沙市同時淪陷。阿里海牙隨即分兵戍常德，以防附近民族地區之兵抄襲其後路，而以主力攻潭州。知潭州兼湖南安撫使李芾負責保衛潭州，他召募士兵，聯絡附近的少數民族以為聲援，繕器械，峙芻糧，柵江修壁，派兵到湘陰抵禦來犯之敵，失敗;元軍很快包圍潭州城，李芾親自登城指揮，城中百姓不分老弱自動組織起來，協同作戰。
軍民團結死守苦戰達4個月，吳繼明自湖北帶兵參加了潭州的保衛戰，元兵除夕登城，李芾舉家皆死，潭州百姓多舉家自盡。元軍既得江陵、潭州，江西難保，臨安危在旦夕。 元軍攻城掠地，南宋的守將雖紛紛投降，而其部屬多堅貞不屈。元軍攻鄂州，鄂州守張晏然降，其部將張山翁被執，寧死不屈;元軍至黃州，黃州守陳奕降，其部將米立突圍出，堅持抗戰，被俘不降而遇害。元軍順江而東，賈似道在朝野壓力下，不得已出兵應戰，13萬人馬在池州丁家洲被元軍打得潰不成軍，賈似道在亂軍中被殺。1276年2月，元軍進入臨安，俘南宋恭帝)及謝、全兩太后、大小臣僚北去。臨安失守後，各地軍民仍繼續堅持抗戰。
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