至元十二年（1275年），元軍攻占建康（今南京）、鎮江（今屬江蘇）等重鎮後，元世祖忽必烈親自召見了伯顏，與之商討滅宋作戰方略。
上都大安閣。
忽必烈端坐禦榻，伯顏坐在忽必烈旁邊的一張紅木金椅上。
“朕召你來，是想听聽前線戰事如何？”
“目前我軍進展順利，宋軍主力消滅殆盡，我部正快速向餘杭方向前進。”
“京湖地區的宋軍主力雖說遭到重創，福建、兩廣、四川地區的宋軍實力尚存，切不可麻痺大意。”
“是，陛下。”
“下一步有什麼打算呢？”
“臣此次奉旨北上述職，諸將一致請求臣替他們問候陛下，並向陛下請戰。”
“請戰？”
“是！他們請求盡快對臨安實施攻擊。”
“這事兒還得緩一下，還需從長計議。盛夏來臨，我大軍需要休養，另一方面，雖宋在京湖地區的數十万精銳損失殆盡，但宋帝絕不會甘於失敗，他必定集結湖南、江西、福建、兩廣及川蜀等地軍隊，孤注一擲，與我再行決戰。”忽必烈頓了頓，接著說，“朕此次召你北上，正是要與你商討這一問題。”
“宋人之據江海，如獸保險，今已扼其喉，少縱之則逸而逝矣。臣下以為，當以戰為上。”
“說下去。”忽必烈注視著伯顏瘦削而黝黑的面孔，期待著他繼續回答。
“一方面我軍士氣正旺。我軍自至元五年開始大舉伐宋以來，一路勢如破竹，屢屢得勝，至今已佔有宋半壁江山，只要再一鼓作氣，便可大功告成。而宋兵則士氣低迷，文臣不報國，武將只顧保命，邊防如同虛設，一旦我大軍至城下，他們為我軍氣勢所懾，不是請降，就是望風而逃；另一方面此時宋廷任用奸相賈似道，政治腐敗，經濟崩潰，民困國窮，朝廷內部已到了分崩離析的境地。忠臣良將被趕出朝廷，無能享樂之徒得以重用，他們只顧享樂，哪裡懂得怎樣打仗。即使不得不打，那也是為求和做做樣子，結果出戰時，他們方略失當，損兵失地。此乃長生天祝我滅宋之大好時機，一旦宋廷清醒，運用賢臣良將，那時我軍再想滅宋，將花費更大的代價。第三，我軍現在的軍事力量已不比以往。目前我軍有蒙古軍30萬，漢軍80萬，二者的比例為三比八，漢軍已經明顯多於我蒙古軍，這樣就克服了我蒙古大軍每遇夏季需要休兵的弱點。並且，漢軍在攻城、築城、水戰等方面都發揮出我們蒙古軍所不具有的優勢。最重要的是，我軍十分重視分化瓦解政策。腐敗的政治讓許多漢軍將領看不到前途，再加上我朝皇上英明，恩威遍布四海，所以許多漢將投降。而我則利用這些漢人，在戰前先行勸降，並輔之以軍事打擊，結果換來了兵不血刃，便能據關佔地。”
伯顏一口氣說了這麼多，看看忽必烈在認真聽著，並不斷點頭，於是就繼續說道：“現在我國內政治已經理順，北邊戰事已無大礙，此時亦乘得勝之師，一鼓作氣，拿下宋國，一則告慰成吉思汗在天之靈，再則圓了皇上您的一大心願。更重要的是，能夠騰出手來，專門對付那些敢於不聽我天朝旨意，膽敢妄自尊大的反叛者。所以，臣下以為，當下我軍應戮力同心，一鼓作氣，滅掉南宋為上策。機不可失，時不再來！”
對於伯顏的中肯分析，忽必烈十分滿意，他接著問道：“那你將採用怎樣的戰略戰術？”
伯顏答道：“南宋朝廷立國，是以長江為防線，以兩淮為藩籬，重兵皆駐揚州，臨安倚之為重。我軍採用'先攻襄陽，撤其扦蔽'的戰略，採取控制兩翼、突破中間，然後沿江而下，直搗臨安的戰略方針。一方面割裂南宋的三大戰區，使之首尾不能策應，斬斷了其長江防線。另一方面也為我軍水、步、騎軍同時展開協同作戰創造了條件。今我軍佔領建康，進圍揚州，阻隔兩淮，南宋都城臨安則完全失去了屏障，我軍第一步作戰目標已經實現，南宋來不及調整，長江以南的廣闊地區兵力空虛，我軍宜長驅直入，直撲臨安。”伯顏起身走到掛在牆壁上的一幅佈滿箭頭的地圖前，將自己的計劃和盤托出：“當然，南宋志士不會就此罷休，一定會想方設法組織救援的。因此，為防止兩淮宋軍南下救援，可派中書左丞相阿術繼續圍困揚州，圍點打援，消滅敵人的有生力量，同時阻斷淮東宋軍南援的通道；命右丞相阿里海牙攻湖南，都元帥宋都帶等取江西，以切斷南宋的東西聯繫，防止川蜀之兵馳援；同時我中軍大軍宜在建康周圍進一步擴大戰果，攻占鎮江等，以控制江東地區，建立穩固的南進基地。”
忽必烈隨著伯顏的手指在地圖上指點，暗自讚嘆這個三十多歲的小伙子竟有如此神奇的用兵之道。他慶幸自己當時把他留在了身邊，也更懷念據理力爭推薦他的史天澤，此時，史天澤剛剛離開了這個世界。
看著皇帝忽必烈若有所思，伯顏遲疑了一下，問道：“皇上？”
“說下去，說下去……”忽必烈一愣，然後馬上回過神來。
“在具體的戰術上，我擬採取'分兵三道，會於臨安'的作戰佈署，即我軍分三路進兵，最後會師於臨安城下。落實到具體的安排上，我想右路軍以蒙古騎兵為主，由參知政事阿剌罕率領自建康出漂水、廣德一線，取獨松關，從西面殺向臨安，切斷宋室逃往內地的通路。左路軍以漢軍舟師為主，由參知政事董文炳率領自江陰出長江口，循海岸線，入杭州灣，切斷宋室從海上逃亡的通路。中路軍由我與阿塔海親自率領，由常州、牙江（蘇州）、嘉興一線直搗臨安！”
忽必烈的臉上浮出一絲欣慰的笑容，他命侍衛端上酒來。
“來，來，來！伯顏右丞相，你不愧是我的張子房，我敬你一杯！”
看到伯顏驚愕的樣子，忽必烈哈哈大笑。
“在你回來之前，我已下旨封你為中書省右丞相。我沒讓他們宣旨，是想等你回來當面告訴你這個消息。從此後，你總領我大元朝軍政庶務，這樣你肩上的擔子可就更重了。”在蒙古人面前，忽必烈一直沒有使用“朕”這個詞。
“陛下信愛之恩，臣定當肝腦塗地以報！”伯顏退後一步，跪行大禮。
“哈哈，起來，快起來！”忽必烈親自上前拉起伯顏，握著他的手語重心長地說道：“伯顏丞相，作為一名統領荊湖、淮西兩個行省的最高軍事和行政長官，你的一言一行隨時都會成為影響和左右其他將領的行為準則。所以，我希望你能冷靜地總結經驗，整飭軍隊，以利再戰。我預祝你順利拿下臨安，屆時，我將親自為你設宴慶功！”
“臣明白！皇上一席警示，好似盛暑時節的清涼劑，令臣猛省。皇上放心，我回軍中後一定把您的旨意在全軍貫徹，戒驕戒躁，克服盲目麻痺思想，認真總結經驗教訓，研究好戰略戰術，用腦子打仗，相信滅掉南宋的日子不會太長的，皇上您就等著我的好消息吧！”
而此時，南宋政府則是另一番景象。
謝老太后被幾個宮女伺候著穿好衣服，盥洗完畢，慢慢地踱到寢殿的外間。六十多歲的她，雖然精心保養，但這幾年的戰事仍把她折磨得老態龍鍾。
“外面有大砲響嗎？”
“沒有，太皇太后。外面平靜著呢。”宮女回答。
聽到臣子多次提到蒙古人的砲，老婦人心中不免心有餘悸，一天問了不知多少次了，宮女們都聽膩煩了。
“老太后別操心了，他們離這兒遠著呢！張世傑將軍一直在外面候著呢。”
“叫他進來吧。”
張世傑剛從前線逃回來，面目黑瘦，滿臉倦容。
“張將軍，這一兩天前線的情形怎樣呀？”
“……還是那樣吧，太皇太后。”張世傑跪拜了老太后，站起身來說。
“跟我說實話吧，這些年來，我聽到的都是些壞消息，已經習慣了，不再害怕了。”
“元軍正分三路大軍南下，揚州被圍，李庭芝將軍已經被圍困幾個月了；常州城破，幾位將軍都已死，全城軍民罹難；溧陽被攻破，我軍將校70餘人，士卒兩萬多人死……”
“不用多說了……”老太后無奈地嘆了口氣，皺著眉頭問道：“張將軍有話要說？”
“臣與文天祥等人商議，如果淮東、川蜀之兵能勤王，再加上我廣東、福建之師，則我軍數目也不在少數，國事當有可為之望，臣下願與文天祥等前去謀劃……”
“老身已經不中用了，只有靠你們這班臣子了，不知和陳丞相商量過沒有？”
張世傑這才知道那個摜紗帽的陳宜中又回來當了宰相。大家都知道他膽小怕事，和賈似道是一丘之貉，不覺無望起來：
“還，還沒有……”
“好吧，待老身與陳相國商議後再答复你吧，還有事嗎？”
張世傑知趣地退了下去，他知道這個陳宜中舉棋不定，觀望猶豫，在和與戰之間搖擺不定。太后一旦和他商量，便一定又會是無望，不覺悲從心來，長嘆一聲：“蒼天呀，你怎這般不佑護我大宋！”
正如張世傑所料，商量的結果就是陳宜中派將作監柳岳前往元軍大營求和。柳岳哀求元軍班師，保證每年進奉修好，伯顏說：“宋昔得天下於小兒之手，今亦失於小兒之手。蓋天道也，不必多言。”竟不許他和。其後不久，陳宜中又派正少卿陸秀夫前往，請求稱臣納幣，伯顏不答應；又稱侄孫，伯顏還是不允。抗戰無力，求和不成，陳宜中想到遷都，他向謝太后說明其意圖，謝太后不答應。陳宜中在朝廷中痛哭哀求，陳述遷都的必要性，謝太后一向倚重陳宜中，此時已無主意，只好從之。陳宜中與謝太后約定了出逃臨安的日期，倉皇之間出了差錯。謝太后已作好出逃的準備，從早上等到晚上，沒有見到陳宜中的人影，她將簪珥摔在地上，大怒道：“吾初不欲遷，而大臣數以為請，顧欺我歟？”於是遷都之事只好作罷。
再說元軍，大軍齊下，西路軍主帥阿剌罕率軍南下，連克溧陽、建平，一路勢如破竹，只在獨松關（今浙江安吉縣東南）遭到守將張濡的頑強抵抗。他們以步兵戰騎兵，雖舍生忘死，但終因寡不敵眾，最終全部陣亡，於是元西路大軍便控制了臨安的北大門。
元東路水軍以範文虎為先鋒，順江東進，由於長江兩岸已無宋軍把守，元軍進軍順利。當時，長江口活躍著一支由貧苦漁民組成的水軍，由朱清、張瑄率領，不受宋朝管轄。元軍主帥董文炳認為可以利用這支力量，便招降了這支海上武裝，朱、張二人帶領人馬和海船隨元軍南下攻取臨安，增強了元軍的海戰能力。東路軍出長江口後沿海岸線，十二月逼近錢塘江口，從海道包圍了臨安。
元中路軍由伯顏率兵進攻常州，常州是拱衛臨安的前沿，是元軍整個攻取臨安計劃的關鍵，伯顏親自指揮攻城。元軍在城南築高台，把大砲放在台上向城內猛轟，又用火箭射入城中，常州城內一片火海。常州守將姚岩率將士浴血奮戰，終因寡不敵眾，沒有外援而失敗。姚岩、王安節等陣亡，僧人萬安、莫謙之長老率僧兵赴援，500名僧兵全部戰死。
伯顏攻破常州後，派都元帥阇裡帖木兒、萬戶懷都率兵攻無錫、平江，在元軍大兵壓境下，兩地宋軍投降元軍。
至元十二年（1275年）十二月，元朝三路大軍逼近臨安，進駐臬亭山（浙江杭州市東北郊），隨時準備攻占臨安。
在大軍壓境形勢下，南宋朝廷一片混亂，宋廷既沒有兵力抵抗，求和又被元軍拒絕，陳宜中以及朝中文武百官紛紛逃離臨安。謝太后無計可施，只好派臨安知府賈餘慶以恭帝名義奉傳國璽及降表，到臬亭山嚮伯顏請降。伯顏遣董文炳、呂文煥、範文虎入城安撫百姓，禁止殺掠，封閉倉庫，收繳宋廷袞冕、圭璧、儀仗、圖籍以及大批財寶、器物，運往大都。伯顏親自入臨安城安置宋廷人員，把宋帝趙顯、皇太后全家以及其他朝官、宮廷人員監護起程，浩浩蕩盪北上。至此，臨安被元軍攻取，南宋朝廷滅亡。
臨安會戰至此結束，從建立建康基地到攻取臨安算起，此戰僅用了一年時間。從戰略上來看，元朝採用攻擊逼降的策略，忽必烈為配合前線，先後派禮部尚書廉希聖、工部侍郎嚴忠範到宋朝勸降，伯顏也派張羽等人招降，目的是為穩住宋朝君臣，取得了整個戰局的主動權；在戰術方面則使用分路並進，合而擊之的方法，三路大軍三管齊下，西路斷其響應，東路斷其退路，中路攻堅突破。南宋方面由於採取消極防禦戰略，戰和不定，最終失去了抗擊元軍的有利形勢，以亡國而告終。