张弘范见宋军战船集结，行动不便，就先用小船装满柴草，浇上油，点火后乘风攻击宋水军。宋军船上的湿泥阻止了火势蔓延，长木又顶住了火船，使元军的火攻归于失败。张弘范又阻断了宋军的水源，封锁了海口。宋军士兵是饥渴交加，处境日益困难。张弘范派人劝降，被张世杰拒绝。
祥兴二年二月初六(1279年3月19日)，双方进行了最后的决战，张弘范分兵四路，发动猛攻。宋军正在拼命抵抗时，忽听得张弘范所在的指挥船上奏起了音乐。宋军以为这是元军将领在举行宴会，战斗就松懈了一下。不料此乐声其实是蒙古元军总攻的信号，张弘范的指挥船直扑而来，箭如暴雨。
元军在乱箭掩护下，夺走了宋军的战船七艘。各路元军又一齐猛扑过来，从中午到傍晚，海战进行得异常激烈。
忽然，张世杰见到一条宋船降下了旗帜，停止了抵抗，其他战船也降下旗帜，知道大势已去，急忙一面将精兵集中到中军，一面派出一只小船和十多名士兵去接帝昺前来，准备突围。
赵昺这时正由左丞相陆秀夫守护着，待在一艘大船上。小船来接赵昺，陆秀夫一是因为不知道这是真是假，二是因为担心赵昺如突围不成而被元军截获，坚决拒绝。他知道君臣都难以脱身了，就连忙跨上自己的座船，仗剑驱使自己的妻子投海自尽。然后换上朝服回到大船礼拜赵昺，哭着说:“陛下，国事一败涂地，陛下理应为国殉身。德佑皇帝当年被掳北上，已经使国家遭受了极大的耻辱，陛下万万不能再重蹈覆辙了。”
宋末帝赵昺闻言，则给吓得哭作一团。可过一会，这个八岁的小皇帝就不哭了，他看了看陆秀夫，又看着元军侵袭四面楚歌，咬了咬牙对陆秀夫说道：“朕宁死也不当亡国奴。”
陆秀夫听了赵昺之言，将黄金国玺系在腰间，背起赵昺奋身跃入大海，以身殉国。顷刻间君臣二人就沉没得无影无踪。其他船上的大臣、宫眷、将士听到这个噩耗，顿时哭声震天，几万人纷纷投海殉国。
张世杰率领水军余部突围而出来到海陵山脚下，不久，有人带来了陆秀夫背负赵昺共同殉国的噩耗。张世杰悲痛不已，此时，飓风再来，部下劝他上岸暂避。张世杰俯视着在风浪中飘摇的宋军残船，拒绝暂避。
张世杰绝望地回答:“无济于事了，还是与诸君共甘苦吧。”又说道:“我为赵氏，也算竭力了，一君身亡，复立一君，如今又亡，我在崖山没有殉身，是望元军退后，再立新君，然而，国事发展到如此地步，难道这是天意。”说完堕身入海，为国为民族尽忠殉国。南宋宣告灭亡。
时文天祥被押解至围崖山，不胜感慨，作诗《过零丁洋》。诗曰：
辛苦遭逢起一经，干戈寥落四周星。
山河破碎风飘絮，身世浮沉雨打萍。
惶恐滩头说惶恐，零丁洋里叹零丁。
人生自古谁无死？留取丹心照汗青。
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