祥兴二年（1279年），元朝派汉人投降大将张弘范进攻赵昺朝廷。后来在不久以前攻占广州的西夏后裔李恒也带领援军也加入张弘范军。此时宋军兵力号称20多万，实际其中十数万为文官、宫女、太监和其他非战斗人员，各类船只两千余艘；元军张弘范和李恒有兵力十余万（一说为三十万），战船数百艘。这时宋军中有建议认为应该先占领海湾出口，保护向西方的撤退路线。张世杰为防止士兵逃亡，否决建议，并下令尽焚陆地上的宫殿、房屋、据点；又将下令千多艘宋军船只以“连环船”的办法用大绳索一字形连贯在海湾内，并且安排赵昺的“龙舟”放在军队中间。元军以小船载茅草和膏脂，乘风纵火冲向宋船。但宋船皆涂泥，并在每条船上横放一根长木，以抵御元军的火攻。元朝水师火攻不成，以水师封锁海湾，又以陆军断绝宋军汲水及砍柴的道路。宋军吃干粮十余日，饮海水之士兵上吐下泻，战斗力自然是直线下降，败局自然也就没有任何疑问了。
张世杰此举失误在于，一是放弃了对入海口的控制权，等于把战争的主动权拱手交给了对方；二是把千余战船贯以大索，结成水寨，虽然集中了力量，却丧失了机动性。此后张弘范率大批元军赶到，控制了崖山之南的入海口，又从北面和南面两个侧翼切断了宋军的所有退路。宋军陷入孤立无援的境地，此后10多天的中，宋军只能以干粮充饥，饮海水解渴，饮过海水的士兵呕吐不止，战斗力严重削弱。
当时，张世杰有个外甥在元军中，张弘范一连三次派其至宋营对张世杰劝降，张世杰说：“吾知降生且富贵，但义不可移耳！”。张弘范又叫囚禁中的文天祥写信招降张世杰，文天祥说：“吾不能捍父母，乃教人叛父母，可呼？”于是他写出了那首千古传诵的《过零丁洋》。张弘范看了一笑置之。张弘范没法，再派人向崖山的士民说：“你陈（宜中）丞相已去（占城），文（天祥）丞相已执，你们还想怎样呢？”士民亦无叛者。 二月初六早晨，元军发起总攻。元将李恒指挥水军利用早晨退潮、海水南流的时机，渡过平时战舰难以渡过的浅水，从北面对宋军发动了一场突袭，到中午，北面的宋军已被元军击溃。南面的元军又在张弘范的指挥下，利用中午涨潮、海水北流的时机，向宋军发动了另一次进攻。宋军南北受敌，士兵又身心疲惫，无力战斗，全线溃败。战斗从黎明进行到黄昏，宋军阵脚大乱，张世杰下令砍断绳索，率10余战舰护卫杨太后突围。张世杰率帅船杀到外围，见赵昺的御船过于庞大，无法突围，便派小舟前去接应。当时天色已晚，海面上风雨大作，对面不辨人影，陆秀夫惟恐小船为元军假冒，断然拒绝来人将赵昺接走。张世杰无奈，只得率战舰护卫着杨太后杀出崖门。