1268年，忽必烈納宋降將劉整，下決心拿下襄陽， 而後浮漢入江，直趨臨安。九月，忽必烈派都元帥阿術、劉整率軍進圍襄樊。針對宋軍長於守城和水戰的特點，蒙古軍依據襄樊宋軍設防在城西，便南筑堡連城，切斷城中宋軍與外界的聯繫，完成了對襄樊的戰略包圍。阿術還建立水師以防備宋水軍援襄——劉整造船5000艘，並日夜操練，以改變戰術上的劣勢。
蒙古軍修築的鹿門堡、白河城使襄陽處於孤立無援的境地，宋軍幾次反包圍，都歸於失敗，傷亡慘重。1269年七月，宋將張世傑率軍自臨安來援，與蒙古軍大戰於樊城外圍，被阿術打敗。八月，宋將夏貴率軍救援襄陽，遭蒙古軍和被改編的漢軍夾擊，兵敗虎尾洲，損失2000人及50艘戰船。1270年春， 襄陽守將呂文煥率軍出城攻萬山堡，阿術誘敵深入，而後令部將張弘範、李庭反擊，宋軍大敗，退回襄陽。九月，宋援軍范文虎水軍又為蒙古水陸兩軍擊走。翌年初，元氣恢復的范文虎捲土重來，阿術親率大軍迎擊，宋軍大敗，損失戰艦100餘艘。3年中，宋蒙雙方在襄樊外圍反覆爭奪，宋軍終未能突破包圍圈。
1271年，忽必烈改國號為元，隨即採取措施加緊對襄類的圍攻。1272年初， 元軍對樊城發起總攻，三月，阿術率軍攻破城郭，增築重軍，並進一步縮小了包圍圈，宋軍退至內城堅守。四月，宋名將李庭芝招募荊楚等地民兵3000人，派張順、張貴兄弟率領馳援襄陽。臨行前張順激勵士卒說:“此次援襄任務艱鉅， 人人都要有必死的決心和鬥志。你們當中若有人貪生怕死，就請趁早離開，免得影響大家。’ ”3000士卒群情振奮，皆表示願拼死報國。五月，張順、張貴在高頭港集結船隊，每隻船都安裝火槍火炮，結成方陣，備好強弩利箭，張貴突前，張順殿後，馳入元軍重圍。在磨洪灘, 3000勇士強攻密佈江面的元軍艦隻，將士先用強弩射向敵艦，靠近後再用大斧猛砍敵人，元軍被殺溺而死者不計其數，張順、張貴軍衝破層層封鎖，如願進入襄陽城中。這一行動的勝利極大地鼓舞了襄陽軍民抗敵的信心。張順在這次戰鬥中戰死，幾天後，襄陽軍民在水中找到他的屍體，只見他依然披甲執弓，怒目圓睜。軍民懷著沉痛和敬佩的心情安葬了他，併為之立廟祭祀。
張順、張貴帶來的大批軍用物資緩解了襄陽危機，但在元軍重重封鎖下， 形勢仍很嚴峻。張貴與郢州殿帥范文虎相約南北夾擊，打通襄陽外圍交通線。范文虎率5000精兵馳龍尾洲接應，張貴率所部出城會合范文虎。張貴按約定日期辭別呂文煥，率部順漢水東下，臨行檢點人數，發現少了一名因犯軍令而遭鞭笞的士卒，他知道計劃已洩露，決定迅速行動，在元軍採取措施前實現與范文虎會師。張貴軍乘夜放炮開船，突出重圍。阿術忙遣數萬人阻截，封死江面。張貴軍接近龍尾洲時，遙見龍尾洲方向旌旗招展，戰艦無數，張貴以為是范文虎之接應部隊，遂舉火曉示，對方即迎火光駛來。等至近前，張貴才發現:哪裡是什麼范文虎，盡是元軍，他們接宋軍叛卒告密，早佔領了龍尾洲，專等張貴。於是兩軍在此處展開激戰，由於元軍是以逸待勞，宋軍是長途跋涉，極度疲憊，結果宋軍失敗，張貴被俘，不屈就義。元軍令四名宋降卒抬著張貴屍體到襄陽城下昭示宋軍開城出降，呂文煥殺掉四個降卒，將張貴與張順合葬，立雙廟祭祀。
1272年秋，元軍為了儘快拿下襄樊，決定先攻樊城，襄、樊脣亡齒寒，樊城一失，襄陽即指日可下。1273年初，元軍從三個方向進攻樊城，忽必烈又遺炮匠至前線，造炮攻城。元軍燒燬了樊城與襄陽間的江上浮橋，使襄陽宋軍眼見樊城危急卻只能望江興嘆。劉整率元軍戰艦抵達樊城城下，用炮擊塌城西南角，元軍棄岸鼓譟而入城內。宋將牛富率軍與元軍展開巷戰，終因勢孤力單，牛富投火殉國。另一宋將天福見城告破，痛不欲生，拒降元軍，也入火自焚，樊城失陷。
樊城淪落，襄陽更加危急。城中軍民拆屋作柴燒，苦苦支撐。呂文煥數次遣人突圍而出向朝廷告急，但宋朝奸相賈似道當權，對告急置之不理，卻在皇帝耳邊大言“天下太平”。1273年二月，元驍將阿里海牙炮轟襄陽城。由於孤立無援，敵人攻勢猛烈，城中人心動搖，城中將領紛紛出城投降。呂文煥自感大勢已去，遂開城投降。