端宗崩後流亡宋廷的形勢更加孤危，元帝國以鎮國大將軍、江東宣慰使張弘範爲蒙古、漢軍都元帥，西夏皇族後裔李恆副之，一路追殺至廣東。八月，宋廷進文天祥爲少保、信國公，要求他在陸路繼續抵抗。但現在文天祥的兵力顯然不是張弘範的對手，很快在潮陽（今廣東汕頭）戰敗被擒，元軍趁勢攻佔廣、惠、潮三州。宋廷仍然沒有放棄，而是遷移至廣東新會縣海岸以南80裡的厓（yá）山島。此時流亡宋廷還有大船千餘艘，官兵20萬人，陸秀夫、張世傑等仍堅持不懈，誓要與元軍抗爭到底。而就在這種情況下，陸秀夫還是堅持每天爲小皇帝講授儒家經典，儘管他們都知道求生的希望非常渺茫，但就和嶽麓書院的書生一樣，沒有什麼能夠撼動他們心中的信念。或許很多人甚至包括他們自己都不知道，這種信念，正是沒有宗教信仰的中華民族長期以來緊密團結並萬世相傳的根本所繫。張世傑將海船結成棋盤陣，拱衛中心的御船，並將每艘船都塗上海泥，以防火攻。祥興二年（元至元十六年，1279年）正月，張弘範率元軍來到厓山，先讓文天祥去勸降。
文天祥慨然道：“吾不能扞父母，乃教人叛父母，可乎？”並交出所作《過零丁洋》：辛苦遭逢起一經，干戈寥落四周星。山河破碎風飄絮，身世浮沉雨打萍。惶恐灘頭說惶恐，零丁洋裡嘆零丁。人生自古誰無死？留取丹心照汗青。張弘範連贊“好人好詩”，不再強求，率軍進攻。元軍先以海軍強攻，用上了赤壁之戰中周瑜火燒連環船的戰術，以小船裝載硫磺、薪柴，點燃後漂向宋軍舟城。宋艦伸出長杆，並在艦體上塗滿海泥，元軍火船不能接近，偶有接近也無法引燃。元軍又嘗試各種方法衝擊舟城均不成功，後來張弘範終於想到一個辦法，用軍艦載輕騎突擊厓山島上的西山泉，切斷了宋廷的淡水供應。事實上後世對張世傑的戰術頗有微詞，放棄陸基而到海上去結舟城並非明智之舉，或許是他缺乏建設海岸防線的足夠材料吧。失去淡水源後宋軍陷入困境，繼續戰鬥了二十餘天后淡水飲盡，吃了十幾天乾糧，士卒們開始喝海水，嘔吐不止，非常艱難，但依然拒絕了元軍一次又一次的勸降，繼續頑強抗戰。二月初六，張弘範估計宋軍已經不支，發起總攻。宋軍將士都已經異常疲憊，但仍然奮力抗戰，最終被元軍攻破舟城。
樞密使張世傑、殿前司都指揮使蘇劉義收攏精兵，奮力突圍。張世傑派小舟衝到御船邊，要接宋帝一同突圍。但是陸秀夫，這位艱苦流亡了三年的忠貞丞相，終於到了放棄的時刻。他知道突圍的希望太渺茫了，反而容易被俘受辱，於是拒絕突圍。張世傑率十餘艘戰船強行突圍離去，遙望仍留在重圍中的宋帝御船，這條鐵漢除了眼淚也沒什麼能夠留下。目送張世傑離去後，陸秀夫盛裝朝服，仗劍逼妻兒跳海，然後來到小皇帝面前道：“國事至此，陛下當爲國死。德佑皇帝（投降的宋恭帝）辱已甚，陛下不可再辱！”這位無比堅強的儒士說話時咬緊牙關，不讓淚水噴涌。但當他擡起頭時，卻見小皇帝面帶微笑，平靜地說：“丞相，謝謝你，謝謝你們。”陸秀夫一驚，爲何現在還要說謝？小皇帝道：“謝謝大家320年來，爲大宋盡忠。現在，該是我，最後一位趙氏天子殉國以報的時候了。”淚水，再也忍不住噴薄而出。陸秀夫緊緊摟住這個年僅8歲、瘦骨嶙峋的孩子，哽咽不成聲。陣陣海風送來元軍瘋狂的吶喊，夾雜着宋軍戰艦的撕裂聲。
陸秀夫抱起小皇帝，回望一眼濛濛烏雲下的灰暗大海，地平線在遠方已經模糊，那片美麗的東方大陸啊，就此別過吧！一大一小兩個火紅的身影穿透冰冷的海風，直插洶涌的波濤。無邊無際的灰暗大海中，這兩點紅色如血般耀眼。當看到皇帝和首相蹈海自盡，這流亡了三年的最後十餘萬大宋臣民終於絕望。但是，沒有一個人投降！這些年來一直如驚弓之鳥的流亡者，到此刻卻無比平靜，後宮、諸臣、將士們紛紛選擇了同一歸途：蹈海殉國。當蒙古勇士們準備盡情戲耍最後到手的獵物時，卻發現他們都已經跳入大海。七天後，海面上浮起了十餘萬具屍體。這，都是那些寧死不屈的人們！十餘萬人沒有一個投降，一個都沒有！你真的能理解嗎？有人說這是一種愚忠。錯了，中國的忠臣從來不會愚忠於不義的君主。《孔子家訓》曰：“君臣有義，可以死社稷；君臣無義，可以獨活；君臣寇仇，可以叛之。”還有人說是宋朝對臣子的待遇很好，薪水高、環境寬鬆云云，所以宋臣願意以死報效。這更是一個天大的笑話，宋朝對臣子的待遇能有多好？能比分封建國更好？如果認爲宋朝的知識分子會因爲薪水高而獻身，這無疑是對他們的一種侮辱。
君臣有義！君臣有義！這是義，不是利！無數宋臣的竭忠盡死絕非對趙宋一家一姓的愚忠，更不是對某種利益的回報，而是一種天地間永恆的凜然大義，這種大義不但是他們彪炳史冊的閃耀勳章，更是中華民族世代傳承的根本所繫。張世傑逃離後找到楊太后，請她再立一人爲帝，繼續抗戰。楊太后知道宋末帝已死，撫膺慟哭道：“我忍死艱關至此者，正爲趙氏一塊肉爾，今無望矣！”說罷也投海而死。張世傑慟哭良久，將其葬在海濱。至此，陸秀夫、宋末帝、楊太后都已經放棄，只有張世傑這位武將還在堅持，他率部下往占城國開進，以圖在南洋興復。
但艦隊經過平章山（今廣東陽江海岸線西南70裡海中的海陵山島）時遭遇颶風，艦船多有損壞。部將忙勸張世傑趕緊登陸避風，張世傑焚香禱告：“我爲趙氏，亦已至矣，一君亡，復立一君，今又亡。我未死者，庶幾敵兵退，別立趙氏以存祀耳。今若此，豈天意耶！（我一直不死，就是爲了等何時敵兵退了，另立趙氏後裔以存社稷。今天到此地步，豈不是天意！）”說話間風浪愈急，張世傑在惡浪中呆立，雙目無神，任隨座船緩緩沉沒，這條支撐到最後的鐵漢終於也將最後一線希望沉入南洋。“已而世傑亦自溺死。宋遂亡。”（《宋史》卷四十七）1279年，諸神的黃昏，入夜。