就在这一天，一个谁也想不到的人物来到福州，投奔新皇帝，他就是文天祥。原来，在宋少帝的降表交上以后，元军统帅伯颜下令将文天祥带到大堂，与宋大臣贾余庆等同坐。文天祥当面责备伯颜不讲信用，痛斥贾余庆的卖国行径，谴责吕文焕兵降敌国。贾、吕二人恼羞成怒，建议伯颜将文天祥与宋朝祈请使一起送往大都。行至镇江，在一位船工的帮助下，文天祥乘敌不备，连夜逃到真州（今江苏南通）。坚守真州的宋安抚使苗再成高兴地迎接文天祥，商议兴复宋朝的办法。文天祥给坚守扬州的淮东制置使李庭芝写信，希望他派使者与各军联络，统一指挥，打击元军。然而，这时，有人告诉李庭芝一个消息，说：“元人派了一个丞相到真州说降。”李庭芝信以为真，下令苗再成将文天祥杀死。苗再成知道文天祥忠义，不忍杀他，就派人带文天祥去扬州。四更天时，文天祥一行来到扬州城下，听到守门兵卒闲谈中说：“李庭芝已下令四处捉拿文天祥。”文天祥只得化名清江人刘洙，乘船北下。途中，遇到元军巡逻队，躲到小洲草丛中才得以身免。腹中饥饿，文天祥向砍柴的农民讨得剩饭充饥。行至板桥，又遭到小队元军的搜捕，随从的杜浒、金应用金子贿赂兵卒，才得以幸免。文天祥等人到高邮（今江苏高邮），然后下海，乘海船南行，终于到达温州。在温州，他听说益王赵昰仅称天下兵马都元帅，就上表劝其称帝。随即赶至福州，被任命为右丞相兼枢密使，都督诸路军马，正式负起领导全国抗元的重任。
由于与宰相陈宜中意见不一，陆秀夫被罢免官职，贬居潮州（今广东潮州），文天祥也以同都督之名离福州。七月，文天祥开府南剑州（今福建南平），号召四方起兵。并率兵先后收复汀州、宁都、雩都等地。其间，扬州、真州先后失陷。十一月，元兵入福建，破建宁府（今福建建瓯）、邵武军（今福建邵武）。陈宜中、张世杰等率宋帝昰乘海船南下，一路颠沛，抵泉州，又至潮州，与陆秀夫会合。
1277年（景炎二年）一月，元军攻占汀州（今福建长汀），文天祥不得不移兵漳州。二月，降将吴浚至漳州说降，文天祥将其缢杀。四月，文天祥军收复梅州，然后，出江西，入会昌、兴国，其部下先后收复吉州八县，附近诸县军民起兵响应，声势甚大。元以重兵追击，文天祥猝不及防，在兴国境内的空坑被打败，妻妾子女都被元军俘虏。签厅官赵时赏冒称文天祥被俘，文天祥得以脱身。文天祥收集残兵败将，驻守循州（今广东龙川）南岭。部下黎贵达企图降元，被文天祥处死。六月，文天祥率部入船澳。八月，新拥立的帝昰加文天祥为少保、信国公。十一月进屯潮阳县。十二月，潮州土匪陈懿引导元军从陆路突袭文天祥部于海丰以北的五坡岭，文天祥兵败被俘。
1277年（景炎二年）上半年，元军用兵广东、广州、梅州等地先后陷落。九月，陆秀夫等人奉帝昰迁至潮州浅湾。十月，陆秀夫被任命为同签书枢密院事。当时，小朝廷播越海滨，诸事简略，只有陆秀夫极为认真地按大臣礼仪行事，每遇朝会时正襟持笏而立。十一月，元将刘深以水军攻浅湾，张世杰作战失利，与陆秀夫奉帝昰转移至广州湾的秀山，又转至井澳。左丞相陈宜中见形势越来越坏，再次逃跑，躲到占城（今越南南部），朝政由张世杰和陆秀夫主持。十二月，进驻石冈洲。11岁的帝昰，经不住播越流离的艰苦生活，在井澳又被狂风刮坏巨舟几乎淹死，遂惊惧成疾，于1278年（景炎三年）四月病死。一时群臣无主，悲观失望，都想散去。陆秀夫毅然慷慨激昂地力主再立新君。他说：“古代有过以一旅军队、一成地方实现国家中兴的。我们现在百官衙门完备，有士卒数万，如果老天不想灭亡大宋，难道我们不可以立度宗的另一个儿子为皇帝，以重振国威吗？”众大臣于是和陆秀夫一起拥立8岁的广王昺为皇帝，改年号为祥兴，陆秀夫任左丞相，与张世杰共同主持政务。张世杰率军战守，陆秀夫既要筹划军事，又要负责朝中一切文字事宜，还每天抄写《大学章句》，对帝昺进行教育。
六月，形势日益恶化，陆秀夫、张世杰将帝昺迁往形势险要的厓山。厓山在今广东新会县南80里的大海之中，与奇石山相对，犹如海湾的两扇大门，过去就是戍兵之处。张世杰认为屋山天险，可守可扼，于是将官民六军总共20多万移至厓山海上，派人入山伐木，在压山建造皇帝行宫30间，军屋3 000间。张世杰、陆秀夫在保证军民资粮供给的同时，征调军役制造战船 、器械，努力备战。湖南、雷州、琼州都起兵响应，一时声威又振。
十月，元朝蒙古汉军都元帅张弘范和副元帅李恒率水陆之师2万数路南进，先后攻得漳州、潮州、惠州、琼州等地。文天祥被俘后，元军将其押至潮阳（今广东潮阳），见张弘范。元人要他向张跪拜，文天祥坚决不从，张弘范于是带他继续南进。在甲子门（今广东陆丰海边），元军捕获宋斥候将刘青、顾凯，得知帝昺的所在。1279年（祥兴二年）正月，元军进逼厓山，张弘范要求文天祥写信招降张世杰。文天祥严词拒绝道：“我自己已无能力保护皇帝，怎能唆使别人去背叛皇帝呢？”张弘范再逼迫，文天祥于是拿出前不久写的《过零丁洋》诗，以表明自己以死报国的决心。诗中写道：“辛苦遭逢起一经，干戈寥落四周星。山河破碎风飘絮，身世沉浮雨打萍。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。”
张世杰、陆秀夫决心坚守这个最后的抗元据点。他们焚毁厓山行宫房屋，将全体人员集中于1 000多条大船上，各船用绳索联结在一起，组成棋盘阵，外边是战船，最中间是帝昺的御舻。元朝水军在张弘范率领下，由大洋西进，迫近宋军船阵。然而宋军船阵严密，无法撼动。张弘范派遣装满草料和膏油的小船企图乘风纵火焚烧宋船。宋船都涂有泥土，外围绑了长木头，元军火船无法靠近，火攻失败。张弘范于是改变战术，出奇兵截断宋军砍柴和汲运淡水的道路，对宋军船队实行围困。宋军断绝柴薪和淡水十几天，不得不吃生米，喝海水，人人上吐下泻，困乏无力。二月一日，宋将陈宝降元。次日，张世杰派遣都统张达夜袭元军营寨，失败。
二月六日晨，张弘范和李恒分率船队向宋军船阵发动总攻。李恒乘退潮由北向南冲击。中午，涨潮，张弘范由南向北冲击。宋军被夹在中间，腹背受敌，但仍英勇抵抗，矢石蔽空，呼声震天。傍晚，宋守将左大守御的西南阵被突破，元军合力并进，宋将翟国秀、凌震临阵投降。这时，狂风大作，暴雨骤至，大雾四塞，张世杰见大势已去，将精兵抽入中军，派小舟至御舻，准备迎帝昺乘中军舰只突围。陆秀夫恐怕被坏人出卖，况且元军四面围攻，突围也难免被俘，拒不同意帝昺离开御舻。元军更加迫近，御舻太大，而且被诸舰船环围联结，无法动弹。陆秀夫无计可施，遂回船执剑，驱赶自己的妻子和三个儿子跳入大海，然后穿上朝服，来到御舻，哭拜帝昺说：“国家的事情已经到了这般地步，陛下应当为国而死。德祐皇帝（即少帝）被俘后受尽屈辱，陛下绝不可再遭侮辱！”说完，将玉玺拴到帝昺的腰带上，抱起小皇帝，让侍从以绢练将自己和小皇帝捆绑在一起，用黄金缚在腰间作重锤，毅然跳进大海，壮烈殉国。后宫及百官吏士跳海而死者达万余人，战死者更不计其数。7天以后，海面上浮起的尸体达10余万。张世杰带了杨太后突围而出，招集残部，图谋再举。几天后，杨太后投海自尽，张世杰遇大风海船覆没淹死。绵延320年的宋朝最终灭亡。
厓山战后，元军举行大酒宴庆祝。元军元帅张弘范对文天祥说：“现在宋朝灭亡，你忠孝都已尽到。如果你能将服务于宋朝的忠心用来为元服务，还可以任你为宰相。”文天祥痛哭失声，说道：“我作为人臣在国家被灭时不能出力挽救，已经是死有余辜了。我怎么还能逃避死亡去叛变助敌呢？”张弘范无可奈何地派兵将文天祥押送大都。途中，文天祥曾绝食8天，却没有死去。到大都行馆，馆中摆出了丰盛的筵席招待，文天祥不吃。将他送进漂亮的房间，他不睡，一直坐到天亮。元人见无法软化，就将他移送兵马司，派兵卒看守。当时，元世祖广泛征用南人（指南宋人）中有才干的人。王积翁上疏说：“南人中没有超过文天祥的。”元世祖于是写了圣旨，让王积翁拿了去招致文天祥。文天祥说：“国家灭亡，我本来就应该死去。如果宽大，就让我当道士放回故乡，将来我或许还能以平民顾问国事。如果让我做官，我绝不干！”王积翁找了谢昌元等10人商议请求元帝将文天祥释放作道士，降元的宋宰相留梦炎反对，说：“文天祥一旦回南方，就会号召人们起来。到那时，我们这些人就倒霉了！”此议于是搁浅。
在大都狱中，文天祥被关押了3年多。元朝统治者威逼利诱，软硬兼施，文天祥宁死不降，赋《正气歌》言志自勉。诗中写道：天地有正气，杂然赋流形。下则为河岳，上则为曰星。于人曰浩然，沛乎塞苍冥。皇路当清夷，含和吐明庭。时穷节乃见，一一垂丹青。
在齐太史简，在晋董狐笔。在秦张良椎，在汉苏武节。为严将军头，为嵇侍中血。为张睢阳齿，为颜常山舌。或为辽东帽，清操厉冰雪。或为《出师表》，鬼神泣壮烈，或为渡江楫，慷慨吞胡羯。或为击贼笏，遂竖头破裂。是气势磅礴，凛冽万古存。当其贯日月，生死安足论！地维赖以立，天柱赖以尊。三纲实系命，道义为之根。
嗟余遘阳九，隶也实不力。楚囚缨其冠，传车送穷北。鼎镬甘如饴，求之不可得。阴房阒鬼火，春院閟天黑。牛骥同一皂，鸡栖凤凰食。一朝蒙雾露，分作沟中瘠。如此再寒暑，百沴自辟易。哀哉沮洳场，为我安乐国。岂有他缪巧，阴阳不能贼！顾此耿耿存，仰视浮云白。悠悠我心悲，苍天曷有极？哲人日已远，典刑在夙昔。风檐展书读，古道照颜色。
这首诗开头就说，天地间有一股正气，是自然界和人生能赖以存在与辉煌的根本。正气在人身上的表现就是忠于国家的精神。尤其在危难时刻，这种不屈不挠的气节更表现出来而垂名史册。第二段，列举了从春秋时的齐太史弟兄到唐朝段秀实的高尚气节，说明这种正气使他们能以置生死于度外，是最美好最崇高的道德表现。第三段，通过写自己被俘及狱中生活，表达其对壮志未酬的悲愤，以及其学习无数先烈，坚持斗争的浩然正气。
在枢密院，元朝丞相博罗对他劝降，问道：“你明知宋朝已无法挽救，为何还坚持抗元救宋？”文天祥回答：“就像儿子对父亲，父亲有病，虽然明知治不好，岂有不用药之理？我已经尽了自己的力量了。到如今这个地步，我唯有一死而已，你何必费话！”留梦炎到狱中劝降，遭到文天祥的严词痛斥。元人又派亡国君主赵显到狱中劝降，文天祥只是连声说：“圣驾请回！”最后元世祖忽必烈亲自出马召见。文天祥来到大殿，长揖不跪。左右待从强迫他拜跪，甚至用金挝击他的膝盖，鲜血淋漓，文天祥始终坚立不动。忽必烈说：“你如能改变立场，像对待宋朝那样对待我，我马上任命你为中书令（宰相）。”文天祥从容地回答道：“我文天祥号称状元宰相，绝不侍奉二姓君主，只愿速死！”第二天，是元朝至元十九年十二月九日，即公元1283年1月9日，文天祥被押到菜市口（今北京府学胡同），他面向南方磕了两个头，然后从容就义，终年47岁。人们在衣襟中发现他的绝命辞：“孔曰成仁，孟曰取义。惟其义尽，所以仁至。读圣贤书，所学何事？而今而后，庶几无愧！”文天祥以自己的生命，实践了自己少年时的誓言。他的爱国精神，千秋万代，永放光芒！
