面對巨大壓力，張世傑晝夜苦思破敵之策。有幕僚向張世傑建議應該先占領海灣出口，保護向西方的撤退路線。張世傑為防止士兵逃亡，否決建議，並下令盡焚陸地上的宮殿、房屋、據點；又將下令千多艘宋軍船只以“連環船”的辦法用大繩索壹字形連貫在海灣內，並且安排趙昺的“龍舟”放在軍隊中間。元軍以小船載茅草和膏脂等易燃物品，乘風縱火沖向宋船。但宋船皆塗泥，並在每條船上橫放壹根長木，以抵禦元軍的火攻。元朝水師火攻不成，以水師封鎖海灣，又以陸軍斷絕宋軍汲水及砍柴的道路。宋軍吃幹糧十余日，飲海水之士兵嘔泄。張世傑率蘇劉義和方興日大戰元軍，張弘範擒張世傑甥韓某，以其向張世傑三次招降不果。[10]
祥興二年（1279年）二月六日癸未，張弘範預備猛攻，元軍中有建議先用火炮，弘範認為火炮打亂宋軍的壹字陣型，令其容易撤退。明日，張弘範將其軍分成四份，宋軍的東、南、北三面皆駐壹軍；弘範自領壹軍與宋軍相去裏余，並以奏樂為以總攻訊號。首先北軍乘潮進攻宋軍北邊失敗，李恒等順潮而退。元軍假裝奏樂，宋軍聽後以為元軍正在宴會，稍微松懈了。[10]
正午時段，張弘範的水師於是正面進攻，接著用布遮蔽預先建成並埋下伏兵的船樓，以鳴金為進攻訊號。各伏兵負盾俯伏，在矢雨下駛近宋船。兩邊船艦接近，元軍鳴金撤布交戰，壹時間連破七艘宋船。宋師大敗，元軍壹路打到宋軍中央。這時張世傑早見大勢已去，抽調精兵，並已經預先和蘇劉義帶領余部十余只船艦斬斷大索突圍而去。[10]
祥興二年（1279年）三月十九日，崖山海戰結束，大宋王朝宣告滅亡。
趙昺的船在軍隊中間，四十三歲的陸秀夫見無法突圍，便背著八歲的趙昺投海，隨行十多萬軍民亦相繼跳海。戰後，十余萬具屍體浮海。張世傑希望奉楊太後（楊淑妃）的名義再找宋朝趙氏後人為主，再圖後舉；但楊太後在聽聞宋帝昺的死訊在後亦赴海自殺，張世傑將其葬在海邊。不久張世傑在大風雨中不幸溺卒於平章山下（約今廣東省陽江市西南的海陵島對開海面）。[10]
崖門海戰之後壹天，即二月七日早晨，海上浮屍10萬。陸秀夫的
陸秀夫背幼帝投海
屍體被百姓找到，安葬起來；而小皇帝趙昺的屍體則為元軍尋得，只見壹眉清目秀的小兒身穿龍袍，頭戴皇冠，身上還掛著壹個玉璽。元兵將玉璽交給張弘範，張弘範確認這小兒是趙昺，派人尋回，然而趙昺的屍體已經下落不明。據說被百姓埋葬在了廣東深圳赤灣村裏，至今仍存。[11]
崖山海戰後，宋室覆亡。元將張弘範命人在崖山巖壁上雕刻了“鎮國大將軍張弘範滅宋於此”十二個大字。 大明成化二十二年（1486年），禦史徐瑁對奇石上十二字深惡痛絕，命人除去，欲改書“宋丞相陸秀夫死於此”九字。而陳白沙認為宋亡時死者十數萬，不獨陸秀夫，宜書“宋丞相陸秀夫負帝沈此石下”。因爭辯不下，終未刻成。有傳說，陳白沙到崖門憑吊時，在碑首加上壹個“宋”字，成為“宋鎮國大將軍張弘範滅宋於此”。（此傳不實，陳白沙知張弘範雖屬漢人，但從未作宋將。）解放初，原鑿字奇石被航道部門炸毀。1964年秋，新會縣人委請田漢同誌書寫“宋少帝與丞相陸秀夫殉國於此”十三個行草大字，刻在近岸的奇石上。終於把這饒有紀念意義的碑石樹起