到了咸淳九年，襄阳已被围五年，樊城也已经被围四年。襄、樊两城，本来是相互倚为犄角，中间隔着汉水。吕文焕在江里埋下巨木，用铁链紧锁，上面又造了浮桥，以便援兵通过。阿朮督兵把巨木锯断，用斧劈开铁絙，把浮桥毁掉，吕文焕因此不能去增援。
阿朮又派兵在江面上拦截，防止襄阳的援兵，他自己出兵攻打樊城。樊城支持不住，便被攻陷。守将范天顺仰天叹道：“生为宋臣，死为宋鬼。”悬梁自尽。他的部将牛富依然率领死士百人，和蒙古军队进行巷战，敌兵死伤很多。牛富也是身受重伤，他用头碰柱，跳入火里捐躯。
裨将王福见牛富惨死，不觉泣下哭泣着道：“既然将军死于国事，我岂能独生？”也赴火而死。襄阳失去犄角，更加危急。城里守兵撤屋为薪，缉麻为衣。吕文焕每次巡城，都向南遥望、痛哭，日夜盼望朝廷派遣援军。贾似道到了此时，也瞒不过去，于是上书自己请求去防备边境，暗中又令台谏上章挽留自己，赵禥即不让他出京。
群臣大多保荐高达，说他可以去救援襄阳。御史李旺也向贾似道举荐高达，贾似道却摇头说道：“我如果用了高达，如何对得住吕氏？”李旺叹道：“吕氏得安，赵氏危了。”贾似道再次请求出发，赵禥让公卿们商议。监察御史陈坚等说道：“师臣去了边境，顾及了襄阳，未必能保住两淮。顾到了两淮，未必还能顾及襄阳。不如居中调度，较为妥当。”赵禥于是听从了陈坚的话，留贾似道在都城。贾似道仍然上歌舞湖山，暂图眼前的快乐，把襄阳置之度外。
襄阳更加危险，吕文焕日夜登城防守，不敢有丝毫懈怠。一日，他正在城楼指挥军士，忽然听到城下有人叫他姓名。吕文焕急们举目俯视，却是敌将刘整，来劝他出降。吕文焕不和他多话，暗中令弓弩手射下一箭。刘整不及防备，正中右肩。幸亏他的盔甲坚厚，羽
箭不能进入，才得免害。刘整当下飞马退回，痛恨不休。
阿里海涯曾得到了西城人所献新炮法，造炮攻破了樊城，接着又来攻襄阳。蒙古军队接连弹放，一炮击中了谯楼，声如巨雷，城中汹汹，守卒大多出城投降。刘整想立即攻破襄城，生擒吕文焕，报一箭仇。阿里海涯却说道：“且慢！待我再去招降。他如果畏惧投诚，我们又何必多害生灵。将军也不应当总是记得宿嫌，彼此各为其主，何必介意？”
阿里海涯当即来到城下，招呼吕文焕说道：“君以孤城防御我军数年，现在你已经是鸟飞路绝。我朝皇帝实在嘉奖忠诚能干的人，如果你愿意投降，必尊你高官、重赐，以劝将来的人，不会把你置于死地！”张庭珍也在城下喊道：“我师所攻，无不取者，你们孤城路绝，外无援兵，想以死守求空名，但是全郡之人怎么办呢？你应该早作打算！”
蒙将大达立主动请缨，带着译史阿里、王员外进入襄阳劝降。吕文焕设宴招待他们，大达立综合分析形势、双方实力对比及襄阳面临的困境，对吕文焕说道：“今天大兵云集，带甲百万。以中国之大，供应无穷，建筑长围，扼守鹿门，横亘江路，攻具之奇，有西域机石，飞三百余步。你婴城固守已经六年，为人臣，你已经是义无不足，如果圣朝上应天时，下徇地利，中察时变，必定平宋，其审思之！”此外元将张宏亦进行了招谕。经过蒙古将领多番工作，吕文焕内心已想投降，但犹疑未决。于是阿里海牙和吕文焕折箭为誓担保，吕文焕感泣和儿子出城投降，归顺了蒙古。
吕文焕投降，忽必烈如获至宝。这不仅是由于襄阳的战略重要性，更加上了吕氏家族在宋朝举足轻重的地位，所以蒙古决定优待吕文焕、招降吕氏子弟与部下。吕文焕降元后，奉旨觐见忽必烈。吕文焕到达元大都，并主动为蒙古策划攻打鄂州，自请为先锋。忽必烈封吕文焕为昭勇大将军、侍卫亲军都指挥使、襄汉大都督，赐其将校有差。
这时忽必烈，已改国号为大元，吕文焕入朝觐见。忽必烈就按阿里海涯的话，下诏拜吕文焕为襄、汉大都督。忽必烈极力称好，暂命众人休息，再图大举。这个消息传报宋廷，贾似道对道：“臣刚开始屡次请求行边，却没有得到陛下答应。如果早听我的良言，应当不至此。”
吕文焕兄长吕文福知庐州，吕文德儿子师夔知靖江府，都上表求罪。但是在贾似道的庇护下，一概不理。赵禥曾召用江万里、马廷鸾为左右丞相。朝中却只知道有贾似道，不知有赵禥。赵禥命贾似道为大礼使，礼毕之后，他们去了景灵宫。刚好遇到天雨，贾似道请赵禥下令祈求上天停雨。赵禥自然允诺，偏偏雨不肯停，接连下了好几日。胡贵嫔兄长胡显祖，侍奉在赵禥身旁，请如开禧故事，乘逍遥辇回宫。