至元四年(1267年),南宋降將劉整便向忽必烈獻策,指出伐宋應該「先攻襄陽,撤其捍蔽」,因為「無襄則無淮,無淮則江南唾手可下也」。這劉整本是南宋驍將,外號「賽存孝」(意思是賽過唐名將李存孝),任南宋瀘州知州和潼川十五軍安撫使,抵抗蒙古軍屢立戰功。可因為是北方人,受南方將領俞興、呂文德等人嫉恨,后又被誣告,賈似道欲圖將他殺害。為了自保,遂于中統二年率瀘州十五郡三十萬戶投降元朝,從此倍受忽必烈信賴。他的策略,忽必烈全盤采納。
在吸取蒙哥汗南征的教訓以及自己征江漢的經驗后,忽必烈將主攻方向由川蜀轉到荊襄,而主要打擊目標則是襄陽和樊城這兩座重鎮。兩城地處南陽盆地南端,襄陽和樊城南北夾漢水互為依存,「跨連荊豫,控扼南北」
元軍要拿下這軍事要地,所用的策略便是堡壘推進和水師配合最后再用大炮強攻。至元五年(1268年),派兀良合台之子,猛將阿術在襄樊東南鹿門堡和東北白河城修筑堡壘,切斷援襄宋軍之路。至元七年(1270年),派史天澤在襄樊西部的萬山包百丈山筑長圍,又在南面的峴山、虎頭山筑城,連接諸堡,完全切斷了襄陽與西北、東南的聯系,使襄樊成為孤城。同年,劉整造船5000艘,日夜操練水軍,又得到四川行省所造戰艦500艘,建立起一支頗具規模的水軍,彌補了元軍戰術上的劣勢。
為了打破包圍,南宋方面也積極進行了反擊。
至元九年(1272年)春,元軍對樊城發動總攻。三月,阿術、劉整、阿里海牙率蒙漢軍隊進攻樊城,攻破城廓,增筑重圍,進一步縮小了包圍圈,宋軍只好退至內城堅守。四月,南宋京湖制置大使李庭芝招募襄陽府(今湖北襄樊市)、郢州(今湖北鐘祥縣)等地民兵3000余人,派總管張順、路分鈐轄張貴率領救援襄陽。二張雖然勇猛敢戰,麾下士卒也人人用命,但這次救援只能算是對守軍的激勵,在戰略方面已經沒有任何意義。張順在突入城中的戰斗中壯烈戰死,張貴雖然入城,但不久也在聯絡郢州的殿帥范文虎,打通襄陽外圍交通線的戰斗中被元軍俘獲,不屈被害。
至元十年(1273年)初,元軍分別從東北、西南方向進攻樊城,新式「回回炮」擊垮了樊城城墻。南宋守將牛富率軍巷戰,終因寡不敵眾,牛富與偏將王福俱投火殉國,樊城陷落。樊城失陷以后,襄陽形勢更加危急。呂文煥多次派人到南宋朝廷告急,但終無援兵。
襄陽城中軍民已經陷入掘鼠羅雀,拆屋作柴,力盡援絕的境地。至元十年二月,阿里海牙由樊城攻打襄陽,炮轟襄陽城樓,城中軍民人心動搖,呂文煥見大勢已去,遂舉城投降元朝,襄樊戰役宣告結束。
襄樊陷落,南宋的江淮防御體系已經名存實亡。一舉南下滅亡宋廷的時機已經到來。