1259年年末，为北还夺取汗位，忽必烈与南宋丞相贾似道在鄂州订立了城下之盟，随即退兵北撤。但贾似道并没有把真实的情况上报给南宋朝廷，他向宋廷隐瞒了议和、纳币的事，反而把背信弃义偷袭蒙古小股留守部队的卑鄙行径夸大，谎称“诸路大捷”、“江汉肃清”。这样一来，本就在长期偏安环境中政治昏聩的南宋朝廷更加“从容”，沉溺在穷奢极欲之中，对长江以北的威胁达到了置若罔闻的地步。
值得庆幸的是，因为忽必烈北归后，忙于与阿里不哥争夺汗位，在近十年的时间里没有抽出精力对付南宋。江南地区自金朝灭亡以后，出现了少有的太平时期。在这十年里，贾似道擅权已经到了无以复加的地步。他曾在百官议事时厉声斥问说：“你们如果没有我的提拔，怎么可能得到今天这样显赫的地位呢？”在当时临安的街头巷尾，士人们有过这样的评价：“辇毂谁知有赵皇，宫廷也只说平章。”贾似道权倾朝野的程度，由此可见一斑。
但当忽必烈在汗位的争夺战中取得了最后胜利之后，南宋就自然成为了他的下一个目标。本来从1234年起，蒙宋之间的战争就一直处于胶着状态，互有胜负，少有实质性的进展。可就在忽必烈踌躇满志，却又一筹莫展的时刻，刘整的降元打破了元宋间的僵局。
刘整本来出生在金国，在蒙古人攻击金国时他投奔了南宋，成为了南宋的一员猛将。他在战场上屡立战功，在攻击金国信阳的时候，只率领十二人就冲过了护城沟，将信阳守擒获，从此名声大震。可惜南宋朝廷对金朝末年投靠过来的“北人”都不信任，刘整的功绩更受到了嫉贤妒能的南宋权臣吕文德的嫉恨。南宋末年，吕文德派与刘整有间隙的南宋将领俞兴出任四川，想要谋害刘整。俞兴到了四川后说是要与刘整商谈军事，召刘整去。刘整猜到了这其中的阴谋，当然不肯去了。于是俞兴就借机诬陷刘整有谋反的意图。刘整听说后曾几次派使者去临安申诉，都被吕文德中途拦截，没能到达。后来在南宋内部的明争暗斗中，刘整的亲信将领，向士璧和曹世雄先后被杀，刘整知道这样下去自己早晚也会被害死，在悲愤之下弃宋降了元朝。刘整到达元朝，面见忽必烈后力主攻宋。他对忽必烈说，攻宋的重点在襄樊地区，“无襄则无淮，无淮则江南唾手可下也”。历史证明，熟悉南宋内情的刘整的建议，无疑是正确的。
襄樊之战从1268 年开始，到1273 年结束，是攻宋战争中历时最长的战役，并被证明，也是最关键的战役。襄阳和樊城隔汉水南北相望，是通向长江中游盆地的最后一个要塞，襄樊一旦沦陷，长江防线将被撕开一个缺口，江淮一地将任由蒙古铁蹄驰骋，所以襄樊一战具有决定性的战略意义。
也正因如此，南宋在那里修建了几乎坚不可摧的防御工事，如波斯学者拉施特所描写的，襄阳有“坚固的城堡、厚实的城墙和深深的护城河”。史书中记载，在这一要塞上，宋人以巨木植入江中堵塞水道，并在襄樊两城间贯以铁索，上造浮桥，使两城互相应援。遗憾的是，无论多么坚固的防御，都会因政府的腐败变得失去效用。
宋军善于守城与使用水军，这是元军所忌惮的。为了能成功地取得战争的胜利，忽必烈采纳了刘整的建议。他遣使用玉带贿赂了南宋荆湖制置使吕文德，请求在襄樊城外置榷场，吕文德贪财好利，轻易应允。跟着忽必烈又以防止盗贼、保护货物为名，要求在襄樊外围筑造土墙。目光短浅的吕文德竟然也同意了。襄阳守将吕文焕听说后，大感惊骇。吕文焕将元军的这些举动，日后对襄樊可能造成的危害，逐一陈述，汇报给了吕文德。吕文德却自负地认为“襄阳城坚水深，兵储可支十年，元兵即来，亦不足惮”，反把吕文焕严厉斥责了一番。
于是元人在襄樊东南的鹿门山修筑土墙，内构堡垒，建起了包围襄樊的第一个据点。到1268年，蒙将阿术又在襄樊东南鹿门堡和东北白河城修筑起了堡垒，切断了襄樊与外界的部分联系。到战争开始三年后的1270年，元军在襄樊外已围筑10余处城堡，使襄樊完全孤立，陷入了绝境。
“南船北马”，从战争的开始到结束，元军的造船技术始终不及宋军，但这并不影响元军水军发挥他们的作用，因为他们的士气一直非常饱满，远远超过了南宋军队。当然只有士气是不行的。从战争一开始，忽必烈就召集了7万金人与高丽人，将他们都交给了刘整进行水军训练。自此刘整造战船5000艘，日夜操练，后来又得到四川行省所造战舰500艘，得以建立起一支颇具规模的水军，从而弥补了元军战术上的劣势，为元人后期的战略进攻准备了必要条件。
在经过了周密的准备后，元人开始进攻了。可以说，从这场战争的开始，就出现了一面倒的形式，对南宋极其不利。1267年冬，南宋任命吕文焕为襄阳府，兼京西安抚副使。1268年，元军开始发起进攻。11月，为打破元军鹿门、白河对襄阳的围堵，吕文焕命襄阳守军进攻元军，但元军围势已成，宋军大败，伤亡惨重。
以后，宋人援襄的战斗也多告失败。次年三月，宋将张世杰率军与包围樊城的元军作战，又被元将阿术击败。同年七月，沿江制置使夏贵率军救援襄阳，结果遭到元军伏击，兵败虎尾洲，损失2000余人，战舰50艘。1270年春，吕文焕再次从襄阳出兵，攻打万山堡。这一次，元军采用诱敌深入的战术，乘宋军士气衰退时，突然反击，宋军大败。在这一年的9月，宋殿前副都指挥使范文虎率水军援襄，元军水陆两军迎战。两军尚未交战，范文虎先想逃走，军心动摇，被元军攻击，大败而逃。1271年，范文虎再次援襄，同样损兵折将，战败逃亡。
宋元两军在襄樊外围进行了长达3年的争夺战，但因元军包围之势已成，结果南宋的所有军事行动，无论是救援还是反包围均以失败告终。最后宋军只好困守襄阳，败局已定。1272年，宋将范文虎率舟师十万来援，规模不可说不大，可由于主将贪生怕死，指挥失当，致鹿门山再一次大败，船舰百余艘，及大量辎重全部落入了元军手中。
由于襄樊的防御体系毕竟十分完善坚固，如果元军强攻必定会损失惨重。为了解决这一问题，忽必烈的侄子、波斯的伊利汗阿八哈帮上了忙。他派出亦思马因和阿剌瓦丁两位回族炮手来到了中国。两位回族在1272 年下半年到达了襄阳，他们在襄阳城外建造了一种能够远距离发射大石块的投石机。有记载说当这种投石机发射时，“声音惊天动地……击中的所有东西都被击破和摧毁”，中国人将这种重型投石器称为“回回炮”。在回回炮的攻击下，南宋军民整天提心吊胆地坚守在襄樊城内，眼看着防御被逐渐摧毁。
就在这危机时刻，1273年，宋将李庭芝终于成功地组织了一次救援行动。这年的4月，李庭芝移驻郢州，他招募襄阳、郢州当地民兵3000余人，在襄阳西北清泥河修寨造船。轻舟造好，李庭芝派总管张顺、督统张贵率领，把船连成方阵，安装火枪、火炮，准备强弓劲弩，在高头港集结救援襄阳。5月，救援战斗开始。临行前张顺激励士卒说：“这次救援襄阳的行动，任务十分艰巨，每个人都要有必死的决心和斗志，你们当中的有些人若非出于自愿，那就赶快离去，不要影响这次救援大事。”当时3000名水军都立誓向前，于是出发。张贵在前，张顺在后，突入元军重围，在磨洪滩，被元军船舰阻住，无法通过。张贵率军强攻，先用强弩射向敌舰，后用大斧短兵相接，冲破重重封锁，又转战一百二十余里，于五月二十五日抵达襄阳。在激战中，张顺不幸牺牲。几天以后，襄阳军民在水中发现他的尸体，披甲执弓，怒目圆睁，宛如天神。
这次成功的救援，极大地鼓舞了襄、樊军民。张贵入襄后，表现得也十分活跃。他派人潜回郢州，联络郢州的殿帅范文虎，约定南北夹击，打通襄阳外围交通线。计划是范文虎率精兵5000驻龙尾洲接应，张贵率军冲出重围后和范文虎会师。当时汉水风高浪急，范文虎在龙尾洲守候，担心船毁人亡，自己性命不保，在会师前两天主动退屯三十里。而元军得知张贵要再次袭营的消息后，迅速占领了龙尾洲，以逸待劳，最终全歼张贵军，并俘虏杀死了张贵。事后，元军派4名南宋降卒将张贵尸体抬到襄阳城中，迫使吕文焕投降，吕文焕在悲愤中杀掉降卒，把张贵与张顺合葬，立双庙祭祀。自此，襄、樊与外界彻底中断了联系。
二张战死后不久，元军开始对樊城发起强攻。元将阿里海牙认为：“襄阳之有樊城，犹齿之有唇也。宜先攻樊城，樊城下则襄阳可不攻而得。”在这一战略思想下，元军以回回炮做火力掩护，分别从东北、西南方向进攻樊城，并首先烧毁了樊城与襄阳之间的江上浮桥，樊城得不到襄阳的救援，彻底孤立。刘整则率战舰抵达樊城下面，用回回炮打开了樊城西南角，进入城内。南宋守将范天顺坚守樊城4年，自知无力回天，破城当天悬梁自尽。偏将牛富率百人巷战，渴饮血水，因寡不敌众被俘，以头撞柱，昏厥未死。后牛富又在元兵不备时，跳下城墙，投火殉职，偏将王福见牛富投火，也赴火自焚。樊城陷落。
襄樊被困，南宋丞相贾似道却一直对宋度宗封锁消息，有敢说元军攻宋的，轻则被贬职，重则借故杀之。贾似道自己也不上朝，终日和自己的妻室游山玩水，正是“朝中无丞相，水上有平章”。一天，贾似道入朝，度宗谨慎地问：“襄阳被围，听说已经有三年时间了，现在该怎么办呢？”贾似道听后马上惊愕地说：“北兵早就撤退，陛下是从哪里听到消息的？”度宗回答：“是最近听女嫔说的。”贾似道半晌才说：“陛下怎么能听一个妇人说的呢？难道满朝大臣，都没长耳朵吗？反让一个妇人先知道了？”事情过去不久，贾似道寻找了一个理由，逼度宗将女嫔赐死了。
这时，樊城失陷，襄阳形势更加危急。吕文焕多次派人向南宋朝廷告急，盼望援兵望眼欲穿。而襄阳城中，物资匮乏，军民已开始拆屋作柴烧，陷入了绝境。后人汪元量在《湖山类稿》的《醉歌》中唱道：“吕将军在守襄阳，襄阳十年铁脊梁。望断援兵无消息，声声骂杀贾平章。”
1273年，元军利用樊城攻打襄阳。襄阳城中军民人心动摇，将领纷纷出城投降。吕文焕也在这一年，在阿里海牙的劝说下，折箭立誓，举城投降。襄樊战役结束。
