劉整、阿術、阿裏海牙三大統帥齊心協力合圍襄陽。守將呂文煥在十倍於己的蒙古軍麵前卻犯下了分兵出擊的錯誤。雖然有歐陽智計百出，屢次打擊蒙軍，但襄陽之圍依然不可避免。
張弘範之侄張玠在民族大義的感召下，義無反顧地與家族決裂跟著郭破虜回歸南宋。他們帶回來的情報讓襄陽完全肅清了奸細，破壞了蒙古人企圖盜取黃色火藥的計劃。張玨也決心拋棄父姓，做一個頂天立地的大宋男兒，並拜歐陽瀟瀟為義父，改名歐陽頂天。
呂文煥的兄長與後台呂文德派宋將夏貴和張世傑為襄陽運送物資，在歐陽火槍隊的配合下，城內得到了急需的物資。
但呂文德忽然逝世，南宋政局突變，朝堂上下鬥爭激烈。呂文煥為了不想讓政敵名將高達援助，竟然將小勝說成大勝，給南宋朝廷一種襄陽無需援助的假象。
而實際上襄陽的包圍圈越收越緊，蒙古的水軍也日夜操練，宋軍想通過水路送來物資也越來越難，而蒙古的援軍卻越來越多。
為挽回局勢，歐陽決定詐降，同時派郭破虜和段婉兮狙殺劉整。謹慎小心的劉整雖然中槍，但並未死去。
襄陽圍城進入第五年，城中已經沒有了彈藥，物資也極為緊缺。而一江之隔的樊城外城已經失守，隻有內城還在頑強抗戰。
宋水軍將領張貴、張順帶領3000水軍衝破敵人的封鎖送來城內急需的衣服、柴薪和火藥原料，但張順身中4槍6箭而亡。
有了物資，襄陽士氣稍振，歐陽派神槍手郭破虜保護張貴突圍，以圖再次送來物資。但負責接應的呂係將領範文虎卻貪生怕死，不戰而逃，導致張貴全軍覆滅，郭破虜也彈盡戰死沙場。
劉整在漢江布下星羅棋布的暗樁，水路援助徹底中斷。歐陽使出反間計，讓蒙古人召回了劉整，暫緩了攻勢。
但忽必烈很快糾正了錯誤，重新派回了劉整，並運來了以黑火藥為原料的攻城炮。黑火藥威力雖然一般，但蒙古人物資豐富，可以持續不斷地進行炮火攻擊。
樊城終於陷落，蒙古人展開了慘無人道的大屠殺。在攻城炮和屠城的雙重威脅下呂文煥決定以蒙古人保證不屠城為條件，開城投降。
歐陽與郭靖夫婦在毫不知情的情況下被呂文煥出賣。歐陽決定帶他的火器部隊突圍，保留反元的火種。而郭靖夫婦護送原“襄陽製造”的工匠從水路突圍。
然而滿江的暗樁使得突圍異常艱難，為保護這些工匠，給火器製造留下技術工人，郭黃二人舍命抗敵，最終力竭殉國。
郭襄為逃婚浪跡天涯，卻錯過了襄陽保衛戰。當她回來的時候父母早已戰死，她瘋狂地想要複仇，但歐陽瀟瀟告訴她自己早有計劃。她痛悔於自己為了兒女私情卻忘了父母之恩與民族大義，決心跟隨歐陽，傾力助他抗元。
歐陽瀟瀟為報師父之仇決定以身涉險，命令剛穿越時認識的兄弟大牛割斷自己經脈，綁去獻給忽必烈。忽必烈大喜過望，殊不知歐陽此時武功已臻化境，可自行修複經脈。在蒙古王帳內，歐陽掙脫束縛刺殺了忽必烈。
忽必烈之死仍無法改變宋元大勢，元軍在新皇帝領導下加快了滅宋的步伐。
呂文煥投降後一路招降呂係舊部，許多宋將望風而降。歐陽帶領親部與工匠投奔呂氏政敵江陵的高達。並根據《連城訣》中的記載挖出江陵隋煬帝寶藏，希望以此作為資金造火器反擊。殊不知早已心灰意冷的高達還是舉城投降。
再次舉兵突圍的歐陽無奈隻好投奔奸相賈似道，劉整去世，賈似道以為天賜良機，主動出擊，卻犯下輕敵冒進的錯誤，被蒙古水師擊敗。兵敗後賈似道獲罪貶官，被仇家刺殺。臨死前求助歐陽，被痛斥其為一己之私和權力欲望吞並“襄陽製造”和排斥異己，才導致現在不可收拾的狀況。羞愧的賈似道終被殺死。