乘胜追击灭南宋
至元十年(1273),忽必烈大军攻克襄樊，阿术和刘整遣使快马飞报忽必烈，忽必烈听后非常高兴，下诏嘉奖众将士。
四月，阿里海牙带着降将吕文焕入朝，将相大臣纷纷要求乘胜南伐。忽必烈也有意南伐，但为了把事情办得稳妥一些，特召姚枢、许衡和徒单公履等人问计，徒单公履说：“乘破竹之势，席卷三吴，此其时矣。”
忽必烈十分赞赏，于是，就成立了荆湖襄阳和淮西正阳两个行枢密院，以史天泽、合丹等人为枢密使，做大举攻宋的准备。
至元十一年(1274)正月，阿里海牙又向忽必烈建议说：“襄阳，自昔用武之地也，今天助顺而克之，宜乘胜顺流长驱，宋可必平。”
阿术也说：“臣久在行间，备见宋兵弱于往昔，失今不取，时不再来。”忽必烈立即召来史天泽同议发兵大事，史天泽说：“此国大事，可命重臣一人如安童、伯颜，都督诸军，则四海混同，可计日而待矣。臣老矣，如副将者，犹足为之。”
忽必烈听了说：“伯颜可以任吾此事。”阿术和阿里海牙都表示赞同。
伯颜曾从旭烈兀西征，并在那里任事十余年，后来作为旭烈兀使团成员，从伊利汗国来到元朝，被忽必烈看中，留在自己身边，成为忽必烈的亲近大臣。忽必烈准备最后灭宋，首先想到伯颜，准备把最后灭宋的大任交给他。
至元十一年(1274)三月，忽必烈为了进一步加强灭宋的统一领导，将荆湖和淮西两个行枢密院改为两个行中书省，以伯颜、史天泽、阿术、阿里海牙和吕文焕行省荆湖，以合答、刘整、塔出、董文炳行省淮西。
不久，史天泽向忽必烈建议说：“今大师方兴，荆湖、淮西各置行省，势位既不相下，号令必不能一，后当败事。”
忽必烈采纳了史天泽的意见，为了号令统一。又把淮西行中书省改为行枢密院，把灭宋大权集中到伯颜手中。
忽必烈做好攻宋准备以后，六月，下令大举攻宋，他诏谕行中书省及蒙古汉军万户千户军士说：
“爰自太祖皇帝以来，与宋使介交通。宪宗之世，朕以藩职奉命南伐，彼贾似道复遣宋京诣我，请罢兵息民。朕即位之后，追忆是言，命郝经等奉书往聘，盖为生灵计也，而乃执之，以致师出连年，死伤相藉，系累相属，皆彼宋自祸其民也。
襄阳既降之后，冀宋悔祸，或起令图，而乃执迷，罔有悛心，所以问罪之师，有不能已者。
今遣汝等，水陆并进，布告遐迩，使咸知之。无辜之民，初无预焉，将士毋得妄加杀掠。有去逆效顺。别立奇功者，验等第迁赏。其或固拒不从及逆敌者，俘戮何疑。
忽必烈又抓住宋朝拘留使者之过，借以鼓励将士奋勇杀敌。一时军情激奋，个个摩拳擦掌，发誓要灭亡宋朝。
忽必烈发布诏谕以后，伯颜前来辞行，忽必烈语重心长地对伯颜说：“昔曹彬以不嗜杀平江南，汝其体朕心，为吾曹彬可也。”
从前，忽必烈率军平大理时，姚枢劝他以曹彬为榜样，不嗜杀人，忽必烈深以为然。如今，忽必烈也以曹彬灭南唐市不易肆的故事，劝伯颜不嗜杀人，足见忽必烈已经有了仁民爱物之心。
九月，伯颜督率诸军，兵分两路大举灭宋，伯颜本人与阿术统领右军主力，以南宋降将吕文焕为先锋，由襄阳入汉水过长江。
左军由合答统领，以南宋降将刘整为先锋，出淮西取道扬州而进。又令董文炳率领一路大军自淮西正阳南逼安庆，以为呼应。
各路大军都受伯颜节制，伯颜一声令下，元军个个奋勇争先，对南宋发起了最后的攻势。
这时，宋度宗已病死，贾似道拥立全后的幼子赵壇即位，是为宋恭帝。
南宋的总兵力约有七十余万，从军队数量上说，不少于元军。
但贾似道当权，政治腐败，军队分崩离析，没有战斗力。正如南宋京湖制置使汪立信所说：“今天下之势十去八九，而君臣宴安不以为虞”,整天“酣歌深宫，啸傲湖山，玩岁慢日，缓急倒施”,要想打退元军进攻，“不亦难乎”。
汪立信心中非常焦急，向贾似道献上三项抗元的策略：上策是在全部七十万大军之中.选出英勇善战者五十余万充实江上，沿江百里设屯，“屯有守将，十屯为府，府有总督，其尤要害处，辄参倍其兵。无事则泛舟长淮，往来游徼，有事则东西齐奋，战守并用。刁斗相闻，馈饷不绝，互相应援，以为联络之固”。
中策是“久拘聘使，无益于我，徒使做得以为辞，请礼而归之，许输岁币以缓师期，不二三年，边遽稍休，藩垣稍固，生兵日增，可战可守”。
下策则是等候投降。
汪立信的分析不为不确，所献上策和中策不失为妙法良策，然而，贾似道不但不予采纳，反而以汪立信眼睛不好，大骂“瞎贼狂言敢尔”,立即罢了汪立信的官。
贾似道拒谏饰非，弄得人心惶惶，朝野一片混乱。
不久，在南宋首都临安(今杭州)等地就流传出一首“江南若破，百雁来过”的歌谣，以“百雁”为“伯颜”的谐音，暗示元朝丞相伯颜所率大军既将灭亡南宋了。
伯颜率领右路主力会师襄阳，派遣唆都由枣阳进司空山，翟文彬由老鸦山出荆南，以分散宋军对汉水流域的防守，伯颜本人统率中军沿汉水直逼郢州(今湖北钟祥)。
郢州在汉水北岸，以石砌城，高如大山，矢石也打不进去。
宋军又在汉水南岸修筑一座新郢城，在江中央插了很多木桩，拦截船只的往来。
宋军还用铁绳把数十条战船连接起来，配以强弩，挡住元军的进路。
南宋大将张世杰率领十余万精兵和一千多艘战船守卫在这里。离郢州不远的黄家湾堡也有宋军防守。
伯颜见状，不敢贸然进攻。他派遣吕文焕观察了郢州宋军的防御设施，发现黄家湾堡西边的沟渠，深阔数丈，南通藤湖，可达汉江。阿术所俘获的老百姓也提供了这一线索。
于是，伯颜派名将李庭、刘国杰攻下黄家湾堡，由藤湖入汉江。
当时，许多将领向伯颜说：“郢城，我之喉襟，不取，恐为后患。”
伯颜说：“用兵缓急，我则知之。攻城，下策也，大军之出，岂为此一城哉。”坚持绕过郢州，渡过了汉水。
结果，驻在郢州的宋军沉不住气了，在副都统赵文义率领下出城追击元军，伯颜闻讯亲率大军回返，将宋军杀得大败。
伯颜通过郢州，顺流破沙洋、新城，来到汉口，当时，南宋淮西制置使夏贵、都统高文明等以战船万艘阻拦元军的进攻。
南宋都统王达以重兵驻守阳逻堡。阳逻堡是南宋江防要塞，历来是兵家必争之地，阳逻堡若失，江防要城鄂州必不可保。
伯颜摆出进攻汉口的架式以吸引宋军，然后由沙芜入长江，全力进攻阳逻堡。宋军坚守，奋勇抵抗。
伯颜攻了三天，也没有攻下来。有位相士对伯颜说：“天道南行，金木相犯，若二星交过，则江可渡。”
伯颜不相信相士的胡言乱语，派阿术率三千骑兵夜袭长江南岸，以为捣虚之计，然后南北夹攻，大败宋军，夏贵仅率少数战船逃走。
鄂州知州张晏然、都统程鹏飞听说阳逻堡失守胆战心惊，开城投降。
占领鄂州以后，伯颜分兵留阿里海牙经略荆湖，自领水陆大军，以吕文焕为前锋，顺流而东。宋朝沿江诸帅多为吕文焕旧部，皆不战而降。
至元十二年(1275)正月，伯颜与董文炳等会师于安庆，二月，进入池州(今安徽贵池)。
鄂州等地接连失守，南宋朝野震动，群臣纷纷上疏，要求贾似道亲自出兵抗元。贾似道被迫无奈，只好勉强出兵。
但他畏元如虎，没有出战，就故技重演，又派遣宋京使元，企图用奉币称臣的办法，再次同蒙古议和，被伯颜严词拒绝。
无可奈何之际，贾似道只好装腔作势，布置起军队来。他令泰州观察使孙虎臣以精兵七万驻在池州附近的丁家洲，令淮西制置使夏贵以战船两干五百艘停在长江拦阻元军，自己则带一部分军队驻在芜湖以南的鲁港。明令建立都督府，号称雄兵百万。
宋军表面上看阵容十分庞大，实际上内部矛盾重重。
夏贵因在阳逻堡被元军打败，害怕别的将领打胜仗治他的罪，又担心孙虎臣抢功，所以没有斗志。
而元军乘胜而来，士气旺盛。
伯颜令元军造大船十余艘，船上放满干柴火，扬言要烧宋人战船，以威吓宋军。然后率军猛攻丁家洲。
阿术和孙虎臣对阵激战，用炮火猛轰宋军，宋军顿时大乱。战不多时，宋朝大将夏贵先逃，贾似道仓皇失措，急忙鸣金收兵，元军乘势冲杀过去，宋朝十三万大军倾刻溃散，主力全部瓦解。
士气正旺的元军乘胜追击，三月，攻下建康(今江苏南京)。伯颜以行中书省驻建康，阿塔海、董文炳以行枢密院驻于镇江，巩固了长江防线，为元军最后灭宋奠定了基础。
伯颜在建康，有人告诉他宋朝大臣汪立信曾向贾似道献过上策、中策、下策三策，如今自杀而死。伯颜听后，非常惊讶地说：“宋有是人，有是言哉!使果用，我安得至此。”宋朝不是没有人才，而是以贾似道为首的统治集团太腐朽无能了。
打响灭宋战役以后，忽必烈一直关心战事的发展，当他听到前线不断传来胜利捷报，心情无比激动和喜悦，仍然像往常一样，对战事的发展不断做出布置和指示。
但忽必烈由于没有身临其境，不知道宋朝腐朽的速度已呈直线下降之势，认为宋朝还有一定势力，再加上西北诸王在北边不断骚扰，忽必烈对伯颜进军如此神速有些担心，曾几次以“士卒不习水土，遣使令缓师”,“以北边未靖”,命令“勿轻入敌境”等。
至元十二年(1275)五月，又因为西北诸王骚扰，将伯颜从南方前线召回上都(今内蒙古正蓝旗东闪电河北岸),专门商议是否继续进攻南宋的问题。
伯颜攻宋，捷报频传，正欲率军直取临安，忽接回都命令，于是打马飞行，很快赶回上都。
这时，西北诸王海都等人乘元军攻宋之机，对忽必烈发动了新的攻势，忽必烈有意暂时停止攻宋，令伯颜北上平定海都叛乱。
伯颜向忽必烈详细汇报了攻宋情况，并再三表示，宋朝现在十分腐朽，正是灭宋的大好时机。建议继续进兵，一举灭宋。忽必烈听了伯颜的话，对宋廷的腐朽有了新的了解，当即批准了伯颜的请求，令其领兵迅速攻克临安，灭亡宋朝。
同时，为了不让西北诸王占到便宜，忽必烈又令右丞相安童行中书省、枢密院事，辅佐皇子那木罕率大军北征海都。
诸事安排完毕，南北两支大军同时向对手发动了进攻。伯颜快马加鞭，昼夜兼程，迅速赶回建康。十一月，伯颜从建康、镇江一线分兵三路直攻临安。
以行省参政阿剌罕等为右军.从建康出四安攻余杭县西北的独松关；以董文炳、张弘范等为左军，自江阴取海道经澈浦、华亭攻入临安；伯颜与行省右丞阿塔海为中军，从建康出发经常州进攻临安。
伯颜一声令下，三路大军水陆并进，浩浩****地杀向临安。此时，临安城内，慌乱不堪。
贾似道因为丁家洲战役不战而逃，以及鄂州城下私自定约和扣留郝经等事暴露，群情激愤，被贬往循州，途中被押送人员郑虎臣杀死。
贾似道虽然被杀，但他把宋朝搞得混乱不堪，遗患无穷，流毒甚广，已经无法挽回了。
朝中大小官员，听说元军三路来攻，纷纷离职逃走；外地守臣，也纷纷丢印弃城而去。
辅佐幼帝的谢太后急得像热锅上的蚂蚁，急忙写了一张诏令，贴到朝堂上，全文曰：
我国家三百年，待士大夫不薄。吾与嗣君，遭家多难，尔小大臣不能出一策以救时艰，内则畔(叛)官离次，外则委印弃城，避难偷生，尚何人为?亦何以见先帝于地下乎?天命未改，国法尚存。凡在官守者，尚书省即与转一资，负国逃者，御史觉察以闻。
尽管谢太后苦苦哀求，对未逃者晋升一级的奖赏，又有对逃者进行惩罚的恫吓，仍然无济于事，弃官而逃者不见其少，日渐其多。
其时，谢太后知道形势危急，出于无奈，只好下了一道哀痛诏，令各地赶快起兵勤王。谢太后在这道哀痛诏里承认“田里有愁叹之声，而莫之省忧；介胄有饥寒之色，而莫之抚慰”。
要求“文经武纬之臣，忠肝义胆之士”大起义兵，来挽救垂死的宋王朝，并答应将来“不吝爵赏”,重重酬报。
诏书发到各地，那些平时“食宋君之禄”的大小官员和将领置之不理，只想逃跑或投降元朝，去食新的主子的俸禄了。
只有赣州(今江西赣州)知州文天祥和郢州守将张世杰率兵入卫临安。
文天祥是吉州庐陵(今江西吉安)人，南宋宝祐四年(1256)考中状元，后被任为赣州知州。
文天祥接到谢太后勤王诏书，不顾一切，拿出家财招募一支军队星夜赶往临安保卫王室，却遭到宰相陈宜中的拒绝，派他到平江(今江苏苏州)去做知府，又让他去守余杭附近的独松关，然而，还未等文天祥去上任，两地均已失守，陈宜中只好同意文天祥去临安。
这时，宋朝大势已去，无力挽救狂澜。
陈宜中和谢太后没有办法，只好派出使者向忽必烈摇尾乞怜，请求退兵修好，表示可以称侄纳币，称侄不许，可以称侄孙，最后愿意称臣，求封为小国。
然而，事到如今，再摇尾乞怜也没有用，毫无疑问，每次都遭到了拒绝。
不过，伯颜受忽必烈之命，并不拒绝宋使前来谈判，他怕把宋人逼急了，宋人或战或逃，使临安的公私财富在战火混乱中焚毁散失，因此，利用宋人委曲求全的心理，假意谈判，缓缓进兵。
和议不成，文天祥主张让谢太后、全太后(宋度宗后)、恭帝入海，留下自己背城一战。陈宜中不许，但又拿不出任何办法，后来干脆拂袖而去，逃到温州去了。
伯颜三路大军进展顺利，至元十三年(1276)年初会师临安。
谢、全两太后惊恐万分手足无措，只好任命文天祥为右丞相兼枢密使，派他去元营谈判。
文天祥到达元营，不顾伯颜的威胁利诱，始终坚持先撤军后谈判的立场。
伯颜见文天祥临危不惧，知为难得人才，于是打破元军从不扣留使者的惯例，将其拘留营中，意欲使其投降。
文天祥被留，谢太后、全太后、宋恭帝无计可施，只好捧着传国玉玺和降表向伯颜投降。
伯颜接受降表，入临安巡视，观潮于浙江，而后驻于湖州。
随后，伯颜在临安设立两浙大都督府，命忙兀台、范文虎管令大都督府事宜。
伯颜又命张惠、阿剌罕、董文炳等人入城点核仓廪及军民钱谷簿册，收缴百官诰命官印等，又命人收取御用器物、符玺、宫中图籍和珍宝等。
董文炳等人入城后，罢去南宋职官，解散南宋军队，封存府库，收集礼乐器皿及图籍等。又向翰林学士李槃建议说：“国可灭，史不可没。宋朝十六主，有天下三百余年，其太史所记具在史馆，宜悉收以备典礼。”
于是收集宋史及诸注纪五千余册，保存起来，后送归国史院，保存了大量典籍，为后来修撰《宋史》奠定了基础。
因为伯颜牢记忽必烈“以曹彬为榜样，不嗜杀人”的教诲，“奉扬宽大，抚戢吏民”,致使“宋民不知易主”,“九衢之市肆不移，一代之繁华如故”,很快便使临安市民安定下来。
至元十三年(1276)三月，伯颜留下董文炳、阿剌罕等人经略浙闽未下州郡，令阿塔海等人进入宋宫，向宋恭帝赵暴及两太后宣布诏旨，免其系颈牵羊之礼，跟随大军北上。五月，宋恭帝等至上都，忽必烈亲自召见，废其帝号，封为瀛国公。
元军能够迅速攻占南宋首都临安，全是忽必烈运筹帷幄不失时机发动灭宋战争的结果；是忽必烈用人得当，又善于听取刘整、伯颜等人建议的结果；是忽必烈整顿内政，发展经济，保证前线物资供应的结果；是忽必烈安抚百姓，不嗜杀人的结果。当然，这也是南宋极端腐朽导致的必然结局。