现在，宋朝就只剩下最后一个据点——崖山。张弘范与李恒会合之后，决定速战速决。
他们在甲子门抓到一个宋兵，严刑拷打之后，逼问出崖山的方位形势，于是立刻向崖山进发。
崖山也接到了情报，张世杰与谋士们商量对策。谋士建议，绝对不能让出海的要塞港口被元军占领。张世杰暗忖：久处海中，军心不免渐渐离散，如果这次不能一决胜负，即使是突围出港，又能到什么地方去呢？
于是他下定决心，要与元军死拼。他说：“这几年我们在海上漂泊，要到哪一天才是个头呢？如今张弘范既然要来，我们就打一场硬仗，定出个胜负吧！”
于是，他把岸上的行宫、一千多间兵房全部放火烧光，军队全数移到海上，并在沿海各口岸采办了大量粮食。
他用铁索把舟船连锁在一起，又在四周筑起楼棚，就像是一座人工造成的小浮岛。最后，他请皇帝跟朝廷搬到中间的一只御舟上。不久，崖海大战开始了。
张世杰的舰队有船一千多艘，而且多是大型海船，官民将士共有二十余万人，许多将领身经百战，士兵们背水一战，士气极高。
张弘范一看对方是连环战船，便下令士兵们以舟载干草，再浇上膏油，顺风纵火攻过去。而张世杰早已作了准备，他用厚厚的泥浆涂在船上，不容易着火，并在船上安排好撞竿，当元军的火种船一来，便用撞竿撞击火船。这种撞竿非常粗大，即使不能撞翻元人的船，至少也能顶住，不使它接近宋军的战舰。最后，元军的火种船自己燃烧起来，沉下海去。
火攻失败以后，张弘范便暂停了攻势。听说投降的部队里有一个张世杰的外甥，于是他就派此人去说降。这个外甥到舅父那儿求了三次，张世杰不但不降，反而开始跟外甥讲起历代忠臣义士的故事。
张弘范见此路不通，认为是说降者人微言轻，不够分量。又想叫文天祥写信劝张世杰降元，于是就派了一个姓李的元帅去见文天祥。
得知李元帅的来意后，文天祥气愤之极，反问道：“我不能保卫自己的父母，却教唆别人也背叛父母，你说这可能吗？”
李元帅被反问得哑口无言，不知说什么好，可又不好回去向张弘范交代，就软磨硬泡地叫文天祥写点什么，以便自己带回去交差。
“好吧！我写个字条，张世杰看了，能不能让他投降我不管。”
来人急忙回到前线，将文天祥的字条呈送给张弘范，张弘范打开字条，原来上面写的是文天祥经过零丁洋时所作的一首诗：
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。
张弘范读到“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”时非常激动，他连连赞道：“好人，好诗！”
他把文天祥的诗搁下来，继续跟张世杰对抗。
崖山的两头各被张弘范、李恒围住，宋军被困在海上。张弘范派人大声喊话：“你们的陈丞相已经逃走，文丞相又被俘获，你们还指望什么呢？赶快投降吧！”张世杰不肯投降，双方相持了半个多月。
渐渐地，水上行宫出现了非常严重的问题，因为他们被堵死在海峡之中，水源断绝，宋军没有淡水，吃了十多天干粮，渴得不得了，只好喝海水。喝了海水后士兵们呕吐不止，疲乏无力，战斗力锐减。
虽然如此，崖山方面依然坚持着，不肯投降。僵持了23天以后，张弘范不愿意再拖了，在一个暴雨天，他下了总攻击令，南面张弘范的部队暂时按兵不动，闻乐乃战，李恒从北面进攻。
李恒大军，利用火药进攻，又用强弩机发箭，一时炮火如雷轰，羽箭像雨落，张世杰在烟雾弥漫中，挡住由北面过来的李恒水师，彼此厮杀了一阵。
见南面的张弘范没有什么动静，张世杰就全力应付北边的李恒水军。杀到中午的时候，北边算是挡住了。此时正值涨潮时候，突然船中传出乐声，张世杰以为他们举行宴会，谁知道张弘范的奏乐就是进军号。南面的元军一听乐音，立刻扑向张世杰的大营。
船舰冲过来，元兵跳上宋军的船只，展开肉搏战。宋军南北受敌，士兵又身心疲惫，无力战斗，全线溃败。宋军将领翟国秀、凌震等解甲降元，张世杰、苏刘义从黎明坚持到黄昏，自知无望，斩断船索，率十六只战船拥着杨太妃突围出去。
赵昺的御船由于过于庞大，被外围的船只阻隔在中间，无法突围。不能眼看着靖康之难重演，也不能使皇帝落得和先皇一样的命运，陆秀夫决定和皇帝一起殉难。他首先叫妻子儿女跳海自尽，又对小皇帝说：“国家到了这个地步，该是陛下殉国的时候了。”
小皇帝扑进他的怀里大哭，君臣相拥，陆秀夫亦痛哭失声，接着他抱起小皇帝，转身跳入狂风巨浪之中。
那一天，跟着投海自杀的宫眷、文武官员以及士兵非常之多。
夜里，张世杰率十六只义船奔逃到崖山，他们去见杨太后，要保护她往占城避难。杨太后流着泪说：“我之所以漂泊万里，流落至此，完全为了赵氏的一点骨血，现在皇帝已死，我也没有希望了。”张世杰等人劝说不住，便退了出去，他们一走，杨太后立刻投海自杀了。
张世杰将杨太妃葬于海滨后，已经完全丧失了信心和希望。当他移师到平漳港口（今广东阳江县之南海中）一带时，遇到了强烈的飓风。将士劝他弃舟上陆，以避风险，张世杰叹息道：“我为宋朝仁至义尽了，一君身亡，复立一君，现在国已无君。我不在崖山殉难，只为元军退后，再立国君，以图恢复宋朝社稷。如今既然遇上飓风，恐怕是天意吧！”
部下们纷纷弃船而去，张世杰动也不动，结果风暴越来越大，最后船被风浪打沉。船翻之后，张世杰溺死在海中，后来有人打捞他的尸体，葬在附近的螺岛上，并将螺岛改名为海陵岛，就是纪念张世杰以海为其陵墓的意思。
数天之后，漂浮在海上的尸体多达十几万，惨不忍睹。陆秀夫的遗体浮出海面时，被当地人收葬。元军在清理战场的时候，发现一具身穿黄衣的幼童尸体，身上带有金玺，上书“诏书之宝”四字，元军将金玺送交张弘范，经确认正是赵昺随身携带的玉玺。张弘范大喜，立即派人去寻找赵昺尸体，但已经被海浪卷走，不知所终。
张弘范自以为对元朝立下不世之功，十分得意，派人在崖山北面石壁上刻了“镇国大将军张弘范灭宋于此”十二个字，以便“流芳千古”。可是事与愿违，他灭宋的罪行受到中原和南方人民的唾骂。明朝时候，有人把这块石刻削去，改镌“宋丞相陆秀夫死于此”九个字，纪念陆秀夫这位殉节的忠臣。
文天祥被软禁在广州，听到崖山行朝灭亡的消息以后，南向恸哭，非常绝望。