自从命伯颜出师灭宋以后，忽必烈一直以忐忑不安的心情等待前方的战报。他对元军能否一举平宋，并没有充分的把握。他派到南宋境内的间谍，曾潜往信州（治今江西上饶）龙虎山，替他问天命于张天师，得到肯定的答复，而且还带回来张天师的符箓以为凭信。尽管如此，真刀真枪地打起来结果会怎么样，究竟不是一纸符篆就足以担保得了的。伯颜南征后“使久不至”，忽必烈为之“方念之深”，只好靠卜卦排遣忧虑。算命的人“待诏公车，百十为辇”（在宫廷等待召见的卜者，要用数十成百辆车来接送）。大军渡江、克鄂州的捷报传来，他依然不敢完全释怀，深夜把姚枢召往内廷，对他说：“过去我才渡江，家里就发生内乱（指1259年末从鄂州城下撤兵，与阿里不哥争位事），上天不肯终结对宋的护佑而让我北归。现在伯颜虽然已经渡江，天到底是否会终止宋朝命运，还不知道！赵官家有天下三百年。天命没有赐降到我家，而先在他们那里。所以千万不要轻视宋朝！”直到阿里海牙攻下江陵，切断四川与长江中下游的联系，完全排除了伯颜“上流一动，则鄂非我有”的隐患，忽必烈这才可以放心舒气，声称“东南之势定矣”，于是兴致勃勃地在京师排宴三日志庆。
至元十一年末，元军从鄂州出发，顺流而东。前锋是吕文焕，伯颜自领水陆大军随后征进。长江中游一线的宋将，许多人是吕氏旧部门人，所以临江诸城往往“望风降附”，传檄而定。十二年（1275）二月，元师已到达池州（今安徽贵池）。
自从鄂州失陷的消息传到杭州，宋廷合朝震动。贾似道这时葬母已近两月。代4岁的小皇帝赵显主持朝政的谢太后诏命贾似道都督诸路兵马抗拒元军。1275年刚过旧历元宵节，贾似道便领兵13万、舰船2500艘西行，溯长江师次芜湖（在今安徽）。他虽然嘴上说“决于一行以求必胜”，实际上却已有退却的安排。行前，他与亲信约，如出师失利，要他们将赵氏宗室迁至庆元（今浙江宁波），与他在海上合会。他幻想袭用南宋初年的“蹈海之危”，避过蒙古讨宋大军的兵锋，坐待其退军，再图兴复。
出师芜湖后，贾似道仍在幻想避免同元军作战。先与新近降元的吕师夔（吕文焕侄辈）拉关系，想通过二吕求和；继而以遣返被俘的元朝军官为由，直接试探伯颜对议和的态度。两招都未能生效，乃于二月初正式以称臣纳贡为条件遣使求和。伯颜坚持要贾似道到元军帐下“面议”，才肯举行和谈，实际上是拒绝与宋和议。贾似道的一厢情愿全部落空，于是“阴备快船”，随时准备从前线逃走。
二月中旬，元军从池州移师，进至宋前锋孙虎臣所驻之丁家洲（在池州下流，今安徽铜陵东北）。元军以步骑举炮弩夹岸推进，用巨炮轰击宋水师；又以数千艘战船“蔽江而下”，突击宋水营。宋先头部队将领姜才奋起迎战，甫交锋，孙虎臣却跳上随军小妾所乘舟。宋军见主将换船，都大叫“步帅遁矣”！前锋军水营乱作一团，又遭元军反复冲杀，尸流江面，江水变红。
元军乘胜追击，逼近夏贵部勒的水阵。夏贵也不战而走，以扁舟驶掠位于他下流的后军指挥舰，对贾似道喊叫：“彼众我寡，势不支矣！”贾似道“错愕失措”，鸣钲令诸军逃散；他自己撤至扬州，预备漂海。13万宋军顿时不战自溃。实际上，元兵直到次日，才进抵贾似道主力驻扎的鲁港（在丁家洲下流，今安徽芜湖南）。二月末，它不战而取建康（今江苏南京）。三月初进据镇江。周围数十城望风披靡。元军遵旨在这里休整。五月，伯颜奉召赴阙议事，东南地区的攻宋战争稍有间歇。
入秋，宋将赵晋、张世杰陈舟师于镇江水面，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，用示死而后生的决心。这时候伯颜北觐未归，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，张世杰一直被元军追至大海。经鲁港师溃和镇江水战后，宋朝几乎已没有可供调遣的机动作战部队。除江北的扬、泰等州，以及江南常州等地婴城固拒长达数月外，宋人已基本上没有力量再与元军进行大规模正面交锋的阵地战了。元军在东南方向上的推进遂成破竹之势。
至元十二年八月，伯颜还至军前。十一月，命阿术驻瓜洲以绝扬州之援，余部则分三道发动对宋总攻。右路以步骑自建康趋广德军四安镇（在今浙江长兴西南），由独松关（在今浙江旧余杭西北九十里）包抄临安。左路以董文炳和南宋降将范文虎率水军从镇江循江蹈海，绕行入杭州湾。伯颜自率中路主力万人，水陆并进，沿运河，历常州、无锡、平江（治今江苏苏州）、嘉兴，而趋临安。常州举城相抵抗，元军强克后实行屠城。“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”。
自鲁港败溃，宋廷“举朝相顾失色”，“台谏哭声震天”。但除了痛哭之外，他们拿不出什么像样的救国之策。贾似道的办法是请三宫移驾庆元，出海漂流。谢太后不许。同党陈宜中眼见舆情翻转过来，连忙反戈一击，上书要诛杀贾似道以谢天下。谢太后把贾似道贬职远谪。路上，贾似道被解送人员擅杀。他罢相以后，陈宜中主持朝政，力斥文天祥、张世杰以勤王之师与元军决战的建议，一心一意向蒙古求和。宋廷在灭亡的最后岁月里，以向敌军乞讨和平的行为，使自己永远蒙受洗不清的历史耻辱：
1275年夏，太皇太后谢氏发诏书，向“叛将”吕文焕、范文虎“招谕”，要求他们从中斡旋，促使元廷罢兵许和。
1276年初，又遣柳岳往伯颜军营求和，这时元军已至无锡。柳岳垂泪哀求说：“现在太皇太后年事已高，嗣位的君主幼小，而且还在为先帝服丧期间。兵不伐丧是自古以来的礼制。恳望大丞相可怜、宽恕我们，退兵北归，免得引起敝朝三宫不安、陵寝动摇。我们怎么敢不年年进奉，岁岁修好！今日之事，确实是奸臣贾似道失信于贵方，因而贻害了我们的国家呵！”虽然忽必烈当时或许还有许和之意，伯颜却已抱定宗旨要灭宋，所以他斩钉截铁地回答：“当初我朝圣天子即位之初，曾遣使奉国书来与你们交好。你们国家无赖，拘留我朝使臣十六年（指郝经被宋拘禁之事）。所以要来兴师问罪。去年又把我朝派来的廉希贤等使节无故杀害。这到底是谁的过失啊！如果你们的太皇太后要我停止进军，为什么不学习吴越践王献出国土，或者像南唐李后主那样投降？你们宋朝过去从后周柴氏的小儿手里夺得天下，今天也失于小儿之手。天意如此，你何必再多说？”
20天后，宋使再见伯颜，声称除纳岁币外，愿尊元帝为伯，世修子侄之礼。如不许，称侄孙也可以。再不许，只求封一小国保存赵家的宗庙。这次求和，终因伯颜大军兵临杭州城下而流产。
在这之前还发生了一桩诈骗案。当时传说有一个当涂人的妻子叫赵孟桂，被伯颜纳为小妾。谢太皇太后异想天开，派人备厚礼去寻访她，想通过她打动伯颜。使臣回来说，赵氏担保将达成和约。宋廷为此颇感兴奋，后来却什么也没有发生。几年后，人们才发现赵氏从来没有收到过宫廷的赏赐，她也没有做过伯颜的妾室。大概是有人借宋室求和心切骗攫财产吧。
移驾也不是，求和也不成，朝臣们开始弃职出逃。其实这种现象还远非始于宋朝临终的最后时刻。谢太后为此出过一份朝堂榜，措辞差不多到了破口大骂的地步。她说：“像这样避难偷生，你们还要做什么人？死了又怎么去见地下的列祖列宗？”德祐二年（1276）正月，元军逼近杭州城。高级官员不辞而别更达到“接踵宵遁”的程度。正月五日临朝，文官只有六人。到十三日，“朝中为之一空”，连当初“哭声震天”的热闹情景也看不到了。
这一年的正月十七日晚，赵氏的孤儿寡母们大概通宵未睡。他们决定向元军献传国玉玺求降，宋朝的求降表也在那天夜里准备就绪。时距贾似道出师抵拒灭宋元军刚刚一年多一天。同时代的一个诗人描写那天晚上宫内的景象说：“乱点连声杀六更，荧荧庭燎待天明。侍臣已写归降表，臣妾签名谢道清。”
十八日，宋奉传国玺和降表至临安城外元军大营。寻以降表“不称臣、仍书宋号”被退还。
二十五日，修改过的降表送达伯颜。
二十六日，元军进入杭州城。
余波的平息
至元十三年（1276）正月，尚处于南宋控制下的领土大面积地为元所有。在荆湖方面的战场上，阿里海牙所部经过三个月的围城，攻破荆湖南部的重镇潭州（今湖南长沙）。守帅李芾令家人登楼醉饮，固命帐下亲信把全家杀死，他本人也从容引颈受刃，实践了自己“以家许国”的誓言。阿里海牙入城，禁止杀戮，发仓廪赈饥，湖南诸郡纷纷降附。元廷又诏阿术所部李恒从逊都台立都元帅府于江州（今江西九江），经略江西。元军从荆湖到浙西，遂完全连成一片。杭州投降后，太皇太后谢氏奉元之命颁诏，令江南未下诸郡停止抵抗。诏文称：“现在元兵攻克杭都，国家根本已被拔除。各地城市虽然还想拒守，但是百姓又有什么罪过而要再遭战祸呢？自奉接诏书之日起，切望你们各自降附蒙古，或许还可以让生民免受荼毒之苦。”东南诸多州郡守令乃得以心安理得地望风出降。严州（治在今浙江建德西北）守臣方回一向以“死于封疆之所”相标榜，元军逼近时，方回忽然不知去向。人们都以为他一定已实践自己的诺言自杀了，到处找寻他的尸体而不得，后来才知道他已到三十里外拜降。此后不久，他竟然“鞑帽毡裘，跨马而还，有自得之色”。