劉整降蒙后向忽必烈建議：“攻宋方略宜先從襄陽。”至元五年，忽必烈命阿術(shù)、劉整督軍，攻宋軍重鎮(zhèn)襄陽，“張平宋本”。元軍于漢水東巖的鹿門山和白河口等筑堡，以逼襄樊。由于守城之戰(zhàn)素為宋所擅長(zhǎng)，元軍意在以長(zhǎng)圍久因克復(fù)之，故于同年立河南行省，經(jīng)理屯田，就便供給襄樊前線。六年，命史天澤至前線經(jīng)畫。史天澤用張弘范建言，“城萬山以斷其西，柵灌子灘以絕其東”（《元史·張弘范傳》）。七年，又筑實(shí)心臺(tái)于漢水中流，置弩炮于其上，與夾江堡相應(yīng)；繼而復(fù)筑圍城，完全切斷了救援襄陽的陸路。同時(shí)，由劉整選卒七萬，日練水軍，以濟(jì)己之短。宋人援襄之兵多次失敗。八年，宋將范文虎率舟師十萬來援，至鹿門山大敗，船艦百余及輜重全部落入元軍之手。九年，宋將李庭芝又遣民兵都統(tǒng)張順、張貴自襄陽西北清泯河乘舟突入重圍，接應(yīng)襄陽。張順、張貴先后戰(zhàn)死，襄樊之圍仍不得解。是年，元軍對(duì)樊城實(shí)施攻堅(jiān)戰(zhàn)。
襄陽和樊城隔漢水南北相望。宋人列木植江中，貫以鐵索，上造浮橋，互相應(yīng)援。冬，元軍斷木沉索，焚毀浮橋，絕兩城間的聯(lián)絡(luò)，并用回回炮猛擊樊城。至元十年正月，樊城破。襄陽守將呂文煥見大勢(shì)已去，即向元軍投降。到這時(shí)為止，宋軍苦守襄陽首尾達(dá)六年。時(shí)論對(duì)呂文煥出降雖有“須知李陵生，何若張巡死”的批評(píng)，但對(duì)他兵盡力竭，不得已而出此之舉仍寄于同情之心。汪元量在《湖山類稿》的《醉歌》中唱道：“呂將軍在守襄陽，襄陽十年鐵脊梁。望斷援兵無消息，聲聲罵殺賈平章。”
攻克襄樊之后，阿術(shù)奉命移軍略淮東，游弋揚(yáng)州城下。直到這時(shí)候，忽必烈仍未最后下定一舉滅宋的決心。十一年元月，阿術(shù)入覲，堅(jiān)請(qǐng)興師平江南。詔令相臣會(huì)議，史天澤也力主平宋。在幾經(jīng)猶豫以后，忽必烈終于接納了阿術(shù)、劉整等人的建言。他遣使?jié)撊胨尉?，到信州（治今江西上饒）龍虎山問天命于張?zhí)鞄?，?dāng)即在此前后。
至元十一年三月，元廷調(diào)兵數(shù)十萬，以伯顏、史天澤（尋以疾還）、阿術(shù)、呂文煥行省荊湖，由江漢圖宋；以合答、劉整、董文炳等行省淮西（八月改為行樞密院），駐扎正陽，“南逼江，斷其東西沖’；以淮東地區(qū)地元軍授大將察罕統(tǒng)一節(jié)度，配合攻宋，構(gòu)成三路進(jìn)兵態(tài)勢(shì)，而以伯顏一軍為主攻。七月，伯顏等將領(lǐng)陛辭，忽必烈叮囑他要效法曹彬，“不殺”而取江南。九月，伯顏親自領(lǐng)軍，自襄陽沿漢水趨郢（令湖北鐘祥），揭開大舉滅宋的戰(zhàn)幕。
時(shí)宋軍在郢州聚重兵十萬，夾漢水而城，鐵索橫江，阻遏元軍水師。伯顏棄城不攻，由藤湖繞過郢州，復(fù)舟行漢水，長(zhǎng)趨直入，于十二月抵達(dá)漢口。宋淮西制置使夏貴以戰(zhàn)船萬艘列置江中，戍重兵于江北重鎮(zhèn)漢陽軍、陽邏堡，與江南鄂州互為應(yīng)援，力圖阻攔元軍從這里入江東下。伯顏麾軍佯攻漢陽，揚(yáng)言將由漢口入江，同時(shí)暗遣別騎倍道襲取沙蕪，計(jì)成。元軍遂從漢水下游開壩導(dǎo)水，接通淪河下游水域，使舟師得以由此進(jìn)入大江。而后又佯攻陽邏堡，別遣精兵溯流西，屯于青山磯對(duì)岸：至夜，搶渡大江，占青山磯，起浮橋引大軍絕江而南。夏貴聞元軍渡江，大驚，引麾下三百艘遁還廬州（今安徽合肥）。元軍克陽邏堡，南宋江漢守軍士氣瓦解，漢陽、鄂州、德安（治今湖北安陸）相繼投降。
是年底，伯顏留阿里海牙兵四萬于鄂，以規(guī)取荊湖，自己與阿術(shù)領(lǐng)兵沿江東下。次年三月，阿里海牙于洞庭湖口擊潰宋高世杰軍；四月，攻取江陵，荊湖北部州縣多降。阿里海牙的這一勝利，完全解除了伯顏“上流一動(dòng)，則鄂非我有”的后顧之憂。忽必烈對(duì)攻宋能否成功信心不足，伯顏南征后“使久不至”，竟命楊恭懿入殿卜吉兇；濟(jì)江下鄂之捷聞，仍未完全消釋其疑慮。他夜召姚樞入內(nèi)，說道：“朕昔濟(jì)江而家難作，天不終此大惠而歸。今伯顏雖濟(jì)江，無能終此與否，猶未可知！是家三百年天下，大命未在吾家，先在于彼。勿易視之。”直至阿里海牙下江陵，他才放心他說：“東南之勢(shì)定矣”，乃敢在京師排宴志慶。
伯顏與阿術(shù)自鄂州順流而東，仍以呂文煥為前軍。宋沿江將帥多為呂氏舊部、門生，每不戰(zhàn)而降。十二年二月初，元軍進(jìn)至安慶，在這里與從正陽南下的董文炳會(huì)師，又進(jìn)至池州（治今安徽貴池）。南宋自鄂州失守，闔朝震驚。賈似道迫于太學(xué)生及群臣的輿論壓力，只好親自都督諸路軍馬，集諸路軍十三萬，上表出師。他與夏貴會(huì)師江上，復(fù)進(jìn)至蕪湖。這時(shí)候，他還想以歲納市與元軍議和，遭到伯顏拒絕，至元十二年二月，伯顏?zhàn)猿刂菹驏|推進(jìn)，與宋軍遇于丁家洲。伯顏部騎兵沿大江兩岸掩殺，舉巨炮猛轟宋軍，阿術(shù)則驅(qū)船艦突入宋水師。宋前軍孫虎臣戰(zhàn)線動(dòng)搖。夏貴見狀不戰(zhàn)而走，以扁舟掠賈似道船，對(duì)他喊道，“彼眾我寡，勢(shì)不支矣！”賈似道驚慌失措，下令退師。宋軍全線潰敗，軍資器械全為元軍所獲。伯顏軍進(jìn)至建康（今南京），不戰(zhàn)而降鎮(zhèn)江，時(shí)近暑夏，遂遵旨駐兵建康、鎮(zhèn)江休整。五月，伯顏奉召赴闕議事，攻宋戰(zhàn)爭(zhēng)稍有間歇。
入秋，宋沿江制置使趙晉、樞密都承旨張世杰等陳舟師于鎮(zhèn)江水面，邀元軍會(huì)戰(zhàn)。宋水師“舳艫連接，旌旗蔽江”，每十船為一舫，連以鐵鎖，以示必死。時(shí)伯顏北覲未歸，元軍由阿術(shù)指揮，分兵逆戰(zhàn)。元軍以火延燒宋師篷檣，宋軍大潰，董文炳軍追張世杰至海。自此戰(zhàn)后，宋人基本上失去與元軍正面交戰(zhàn)的能力。江北揚(yáng)、泰等州，江南常州等地雖都嬰城固拒達(dá)數(shù)月，卻已無法阻止元軍南進(jìn)的破竹之勢(shì)。
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