在得到了吕文德的同意后，元军大喜过望，急忙在襄阳城东南的鹿门山修筑了一座土城，外通互市，内筑堡壁，以阻宋军南、北之援。
此时的襄阳守将乃是吕文德的六弟吕文焕，在见到元军的举动后，大为震惊，急忙派人去鄂州送信，希望能够劝说吕文德，但却被陈文彬私自拦下他的信件，并未让吕文德看到。
直到元军打着‘榷场’旗号的鹿门山堡垒修建完毕，吕文焕也没能收到回信，他只好命令手下将士加强防御，增派人手密切关注那里的动静。
但还没等吕文焕喘口气，元军又开始在东北侧的白河口修建另一座土城，并命名为白鹤城，此城若是修筑完毕，那么将彻底控制白河、汉水及陆路交通，使得襄阳变成一座孤城。
吕文焕毕竟只是一员武将，若是贸然出击，说不定便会被朝中的主和派扣上一顶“破坏和谈”的大帽子，于是只好再次写信送往吕文德处，陈述其中利害，希望吕文德可以出面制止此事。
不过这第二封信，却再一次被陈文彬藏匿起来，未曾交到吕文德手上。
于是在吕文焕的望眼欲穿中，白鹤城也被元军修筑完毕。
但吕文焕没想到的是，这仅仅只是一个开始，在此之后，元军又在城西与城南修筑栅栏，切断了宋军东路，而后又于迎旭门外的汉水中垒筑高台用来遏制南宋水军，彻底断绝了襄阳城所有的外部援助。
这下吕文焕彻底坐不住了，他决定不等吕文德的回信，主动出击。但元军大势已成，仅凭他一城之力，根本无法突破元军的封锁，于是吕文焕只好退回城内，派亲信夜里出城前往吕文德处求援。
这回吕文德顺利接到了他的求救信，可他却认为襄阳城坚粮多，即便是让元军正面攻城，没有数年苦战也难以攻下，所以对于吕文焕的求援不以为然，反而回信训斥了他一顿，认为他有妄言邀功之举。
至正五年七月（1268年），刘整被提拔为都元帅。
此时在宋元前线领军的元军主将乃是都元帅阿术，其父兀良合台在忽必烈于开平即位后便回到朝中，并主动卸掉了所有军职，于是忽必烈便命其子阿术接任。
在刘整到任后，二人便成为了对宋作战的最高长官，共同执掌前线军权，但刘整很清楚自己的定位，于是事事皆要主动与阿术商议，得到对方的首肯之后再传令下去。
阿术自幼便随兀良合台征战，对于戎马之事很有见地，并未因刘整是汉人而轻视他，反而很尊重他的意见，这让刘整内心的压力也缓解了不少，可以更加肆意地挥洒自己在军事上的天赋。
八月，刘整下令关闭白鹤城与鹿门山两处榷场，并禁止任何宋人进入，断绝了外界前往襄阳的粮道，切断了其与汉东地区的联系。
九月，阿术与刘整共同率军五万进攻襄阳，经过吕文焕的坚决抵抗，未能破城，遂转而袭击沿江诸郡，掳获百姓八万。
此时，吕文德才醒悟过来，回想自己之前的举措追悔莫及，叹息道：“误国家者，我也！”
但为时已晚，襄樊二城已经彻底沦为孤城，不仅陆上被围的水泄不通，连水上也无法通行。
可襄阳的地理位置太过重要，一旦丢失将会导致前沿防线彻底崩溃，于是吕文德便命自己的同乡夏贵率军前往救援，行至虎尾洲，被埋伏于此的元军击溃。
吕文德闻讯之后又令女婿范文虎调集兵马再次增援，范文虎沿汉水前进，于灌子滩被刘整击败，范文虎只身乘小船逃得一命，随军士兵溺死者极多。
至元六年（1269年），忽必烈派史天泽与驸马忽剌前往襄樊督军，史天泽仔细观察地势后，决定采取‘困城之计’，选取要害之地修筑堡垒，并修筑一字城墙将各处相连，并新建一座新城于汉江之西，完成了对于襄樊二城的合围。
同年六月，宋将唐永坚又一次率军救援襄阳，被刘整设计生擒。
十一月末，吕文德致仕，宋理宗封其为“少师”，改授卫国公，但他却因为对自己在襄樊守城战时犯下的错深感内疚，由此引发了背疽，于十二月二日在家中去世，谥号“忠武”。
而继任他担任京湖制置大使一职的，则是名将李庭芝。
此人曾追随孟珙作战多年，军事能力较强，但范文虎却担心他的到来会影响到自己在军中的地位，于是便急忙派人送信给贾似道，信中说道：“我只需要几万精兵进攻襄阳，一战即可破敌取胜，此前之败乃是因为将令不明罢了，如果不让我听命于京湖制置使自由发挥的话，事成之后的功劳都归公于恩相。”
范文虎毕竟是吕文德的女婿，多年来也素有军功，对于他的话贾似道信以为真，同时也担心李庭芝统领军权之后脱离自己的掌控，于是便将战败仅四个月的范文虎升为福州观察使，让其继续统领本部兵马，与李庭芝互相制约。
李庭芝在到任之后，自知第一要务便是援救襄阳，可手中兵力不足，根本无法冲破元军的包围，于是便派人联系范文虎，希望他能带兵前来配合自己一起行动。
按辈分来算，困于襄阳城的吕文焕乃是范文虎的六叔，无论是于公于私他都要拼尽全力去救援，但范文虎却丝毫未将他的生死挂在心上，在接到了李庭芝的传信之后便以没有书面命令为由进行推脱，反而每日大摆筵席，天天搂着小妾游山玩水，寻欢作乐。
与他形成鲜明对比的是身在元军阵营的刘整，为了彻底攻破襄阳这个堡垒，他与阿术两人多番谋划，将襄阳城围的如同铁桶一般，连只苍蝇都飞不出去。
但荆襄之地水系发达，偶尔也有一两只送信的快船成为漏网之鱼，替宋军往来传递信息。
针对这种情况，刘整特意上疏，毛遂自荐请求训练大元水师。
忽必烈苦于大元没有水军久矣，面对着刘整的请求立即便同意了，而后下旨命令各路行省全力以赴造战船交付给他。
至元七年（1270年），经过刘整的不懈努力，大元水师正式成立，拥有战船五千艘，水军七万人。
此时的襄阳城已经被元军围困了三年之久，吕文焕也在尝试着突围，于是亲率一万五千余人奇袭位于襄阳西北的元军造船基地万山堡，却被驻守于此的张弘范所击败。
消息传回南宋都城临安后，御史李旺向贾似道提议起用原襄阳守将高达接替吕文焕，但却被贾似道否决。
至元八年（1271年）四月，李庭芝再次命令范文虎前去救援襄阳，而且还提前得到了贾似道的支持，这下范文虎没法继续拖延了，只好率军前往，在行至湍滩之时，与阿术所率的蒙古骑兵正面相遇，仅一个冲锋，宋军便全线崩溃，统制朱胜等一百余名将领为元军所擒。
但李庭芝此时深知襄阳城已经不能再拖延下去了，于是命范文虎再次出击，并且严令其带着所有的兵马前去救援。
六月，范文虎倾巢出动，率军十万再次前往襄阳救援，行至鹿门山，再次被阿术击败，范文虎见状不妙，竟然趁夜弃军而逃，将十万大军扔给了蒙古人。
次日天明，宋军发现主将逃遁，军心顿时涣散，被阿术抓住机会，趁其群龙无首之际发起了全面进攻，最终宋军大部被俘，战船、甲仗被缴获者无数。
李庭芝闻讯之后大怒，可此时责罚范文虎已无济于事，他手中尚还掌握着一支兵马，他怕逼急了他会使其狗急跳墙。
但其多次战败也让李庭芝对他失去了信心，于是便悬以重赏招募死士，义军将领张顺、张贵二人虽出身草根，但却深明大义，甘愿为敢死队统领，率领三千名新募的义军趁汉江水涨之际，自上游乘船朝着襄阳城进发。
在他们的拼死力战之下，义军仅凭三千人连破元军数十道封锁线，血战一百二十里，终于杀进了襄阳城，为襄阳城内的军民送去了盐、布等宝贵的物资，但张顺身中四枪六箭而亡，尸体被发现时仍怒气勃勃如生。
可就在义军们入城之后，又得到一个消息，他们需要再次杀出重围，将主力援军接应进来。
而率领主力援军的将领，依然还是范文虎。
此时张顺已死，张贵便负责统领剩余的义军，他深知己方兵少，再加上元军在受挫之后必然会加强防守，于是没有贸然行动，先派斥候趁夜潜出城外，与范文虎取得联系，双方约定在龙尾洲会面。
但令张贵没想到的是，就在义军的斥候刚刚带着消息返回襄阳复命的时候，本应在龙尾洲接应的范文虎却因在此听到了一阵鸟叫，就误以为是元军来攻，惊吓之余，竟率军后撤了三十里。
更可悲的是，因为范文虎一败再败，其麾下将士军心涣散，在他撤退的过程中，不断有逃兵脱离队伍，却纷纷落入了巡逻的元军手中，将这个消息泄露了出去。
阿术在得知消息之后，急忙命人严密监视范文虎部，而后又派一支人马换上宋军的盔甲旗帜，假扮接应的宋军在龙尾洲等待义军送上门来。
可怜张贵所率的义军，历经连番苦战之后本就未曾休整，此刻又血战数十里路来到龙尾洲，本以为能得到友军的接应，谁知等来的却是以逸待劳的元军，在未曾防备之下全军覆没，张贵身受数十创被俘，阿术钦佩此人忠勇，想要招降他，却引来他的破口大骂，最终不屈而死，但阿术依然很佩服他，命四名南宋降兵护送张贵的尸体前往襄阳，吕文焕将这四名降兵斩杀，并为张顺、张贵二人立庙以示祭奠。
至此，宋军再也无力救援襄阳，襄樊彻底沦为了弃子。
至元九年（1272年）正月，襄阳城已经被围五年，城中资源接近枯竭，吕文焕心中焦急，每日皆登城观察敌情，却正巧发现刘整在城外跃马邀战，于是吕文焕命弩手设伏，趁刘整不备之际将其射落马上，却被其随行的部下救走，幸免于难。
但这一举动却深深刺激了城外的元军，在阿术的指挥下，元军不计损失地朝襄樊二城发起了进攻。
三月，元军攻破樊城外郭，斩首两千级，擒南宋裨将以上将官十六人，并且完全切断了襄阳与樊城之间的联系，使得二城再也无法互相支援。
十二月，李庭芝设计离间元军内部，散布消息说刘整与南宋暗通款曲，准备叛元归宋，但却没有成功，为了表达忠心，刘整亲自率军进攻樊城，并首次动用了忽必烈从伊利汗国征召而来的工匠阿老瓦丁与亦思马因刚刚改良的‘回回炮’（巨型投石机，因首次作战就用于襄阳，也被称为襄阳炮，因威力巨大，亦称巨石炮），在重达一百五十斤的巨石狂轰滥炸之下，仅用不到十日便彻底攻占了樊城，守将范天顺、牛富力战身亡，跟随刘整一同作战的将领阿里海牙（畏吾儿人，曾担任忽必烈的宿卫）下令屠城。
至元十年（1273年）正月，忽必烈亲自下诏招降吕文焕，并令阿术视情况随机应变，阿术遂命阿里海牙携带‘回回炮’轰击襄阳城，给吕文焕施加压力。
此时的襄阳城内，虽然尚且还有余粮可供食用，但军械甲衣已断绝供应，所穿的衣物大多破损，烧火做饭的薪柴也彻底断绝。
但这一切都没难倒吕文焕，他下令将家中死人时才会穿的麻衣都拿出来穿在身上，而后拆除民居的房梁烧火，以此来继续坚持守城。
眼见襄阳城坚守不降，差点被他射死的刘整十分高兴，他生怕吕文焕投降，自己就没法报仇雪恨了，于是便主张彻底毁灭襄阳城，活捉吕文焕来泄愤。
但还不等阿术说话，阿里海牙便出言否定了这个提议，他认为以目前的局势来看，襄阳已经没有继续坚守下去的必要了，吕文焕至今仍然不降，只不过是待价而沽，想要获得更高的爵位和更好的待遇罢了，此时若逼迫太狠，弄不好就会激化矛盾，若是吕文焕狗急跳墙，依仗襄阳的城坚壕深，顽强死守，元军定会损失惨重。
所以他的意见是继续劝降，这一意见也得到了阿术的赞同，于是阿叔命麾下大将轮番上阵，先是由阿里海牙、张宏、张庭珍等人出马轮番在城下喊话，而后更是派出一支劝降使团入城与其面谈，并以满城军民的性命来劝说他，吕文焕所虑，其实就是担忧城中数万军民的性命，被使者一语正中下怀，于是便起了投降的念头。
而趁着面见吕文焕的期间，这支劝降使团又在城中四处联络吕文焕麾下的将领，或许之以高官，或许之以重利，让他们共同劝说吕文焕投降。
经过内外无数人的轮番劝说，吕文焕终于下定决心投降，但在双方约定好投降之日后又突然变卦，阿里海牙知道他是担忧元军是诱骗他投降，在入城之后会行屠城之举，遂亲自入城面见吕文焕，双方折箭盟誓作为担保，吕文焕这才放下心来，于二月二十四日，率满城军民出城投降，归顺元朝。