1273年，蒙军对樊城展开最后攻势。忽必烈甚至调来从西域俘虏的炮匠来到前线，造炮轰城。经过激战，蒙军烧毁了樊城与襄阳之间的江上浮桥，樊城彻底孤立。刘整率战舰抵达樊城城下，用炮轰开西南角，蒙军随即拥入城内。在樊城坚守五年的宋朝将领知道最后的时刻已经到来，守将范天顺仰天长叹：“生为宋臣，死当为宋鬼。”在自己坚守的阵地上吊自杀。其余樊城重要将领中，偏将王福自焚;牛福直到城破仍不肯放弃，率着残兵与蜂拥而入的蒙军进行惨烈的巷战，直杀到身边所有人都倒下，而自己也无力再战，才投火自杀。
宋将的拼死反抗激怒了蒙军，为了震慑襄阳，蒙军在樊城陷落后将樊城内的军民全部屠杀干净。樊城陷落后，襄阳更加陷入绝境。吕文焕多次派人向南宋朝廷告急，终无援兵。吕文焕只得令襄阳城中军民把房屋拆了当柴火烧，1273年2月，阿里海牙由樊城攻打襄阳，炮轰襄阳城楼，城中军民人心动摇，将领纷纷出城投降。蒙军在攻城的同时，又对吕文焕劝降。吕文焕觉得自己对南宋朝廷已尽到责任，如今再进行抵抗已无意义，再抵抗只能使襄阳城中百姓遭到如同樊城一样的屠杀，最后只得投降。
客观地说，吕文焕在襄阳守卫战中与蒙军前后厮杀五年，的确可称英雄。可惜晚节不保，尤其投降蒙古后又成为蒙古灭南宋的先锋，纵有千般理由，终不免遗臭万年。另一大汉奸刘整因与吕文焕有仇，襄樊战役结束后被调离灭南宋的主要战场，最后抑郁而死。
襄阳丢失。南宋败局已定。至此，襄阳之战结束。此后，蒙古大军以秋风扫落叶之势席卷江南，统一南北。文天祥虽然可敬，奈何襄阳失陷后大局已定，他的努力除了成就自己在史册上的清名外，并无实际意义。