呂文德死後，南宋另派在兩淮抗擊蒙古軍有功的李庭芝為京湖製置大使，繼續督師進援襄樊。又令太師賈似道的親信範文虎從中進行牽製。範文虎以賈似道為靠山，相互勾結，根本不以襄陽告急為意，拒不出兵。
呂文煥得不到救援，隻好率襄陽守軍萬餘人出擊突圍，進攻襄陽西麵的萬山堡，結果被蒙古軍擊敗，被迫又退入城中。沒有南宋援兵的艱苦情況下，襄、樊兩城軍民利用江麵上的一座浮橋相互支援，共同堅守。他們拆房屋作柴，縫鈔幣當衣，絲毫沒有動搖守城的決心。
1271年，忽必烈稱帝，改國號為“大元”。範文虎在南宋朝野的一片呼籲下，不得已令總統殿前司兩淮諸軍援襄，與阿術在湍灘交戰，結果大敗。
範文虎又率舟師10萬、戰艦1000餘艘，進至鹿門，遭到阿術迎擊，再次大敗，範文虎乘著夜色逃走。範文虎兩次援襄失敗後，李庭芝決定組織一支敢死隊，進行一次冒死衝擊元軍防線、入援襄樊的嚐試。
李庭芝在襄陽西北的均州和房州招募民兵3000人，並製造輕船，以民兵勇將張順、張貴為都統，在均州上遊水域加緊訓練，進行入援準備。
1272年5月，3000人敢死隊在張順、張貴的率領下，趁漢水上漲之機，乘船百艘，滿載布帛、食鹽等物資溯流入援襄樊。敢死隊沿途斬斷元軍布設的鐵索、木樁，轉戰60千米，衝破重重封鎖。張順在途中身中四槍六箭，不幸戰死。最後這支援軍終於在張貴的帶領下到達襄陽城下。城中斷絕外援已久，軍民們聽說援軍到了，民心士氣為之大振。
為了長久解決襄樊的物資困難，張貴建議聯絡新郢的交通。他派了兩名擅長潛水的勇士，帶著蠟書，冒著生命危險突破封鎖，到新郢與範文虎聯係，範文虎答應約期派兵夾擊元軍。但不幸的是有個敗類離軍叛逃，泄露了張貴的突圍計劃。
元軍加強防備，張貴率軍奮力死戰，終於到達與範文虎約定會師的地點。可他萬萬沒有想到，怯懦的範文虎竟然違約退兵，使元軍搶先占據了龍尾洲，以逸待勞。
張貴孤軍奮戰，所率勇士全部戰死，張貴最後也因傷重被俘壯烈犧牲。此後，襄樊同外界的一切聯係又完全斷絕了。
元軍包圍襄樊前後達5年之久，卻久攻不下，不得不調整戰略部署，改變戰法。
元將阿裏海牙在分析了攻守形勢後上奏忽必烈：“襄陽之有樊城，猶齒有唇。宜先攻樊城，斷其聲援。樊城下，則襄陽可不攻而得。”
忽必烈采納了他的意見，命阿術指揮元軍，劉整、阿裏海牙指揮漢軍，加緊進攻樊城。
元將張弘範向阿術獻計說：“若從陸路攻樊，襄陽出舟師救援，恐難以得手。隻有先截斷江上浮橋，阻其援兵，再水陸夾擊，才能破樊城，那時襄陽就不攻自下了。”
阿術認為有理，遂按此計行動，於1273年正月，派水軍焚毀了襄陽通往樊城的浮橋，切斷了兩城聯係。接著，阿術集中水陸兵力，又調來產自西域巨炮“回回炮”，向樊城發起總攻。樊城守軍得不到襄陽的支援，於正月十一城池失陷。
樊城守將牛富率兵與元軍展開巷戰，最後身負重傷，投入火中自焚而死。另一位宋將範天順見大勢已去，表示“生為宋臣，死為宋鬼”，在所守之地也自殺身亡。
樊城失陷後，呂文煥不斷設法向臨安告急。賈似道蒙蔽宋度宗說，襄陽之圍一定能解，背後卻命令不向襄陽派一兵一卒。
元軍從樊城移師直攻襄陽，以“回回炮”攻城。呂文煥見待援無望，又害怕“回回炮”的威力，隻好獻城投降。曆時6年的襄樊攻防戰，終於以元軍全取襄樊而告結束。
元軍攻占襄樊，使蒙、宋30餘年來對峙的僵局被打破，從而帶來了宋、元戰局的根本性變化。