两位穆斯林造炮师向蒙古军队提供了他们急需的援助。忽必烈曾向他的侄子，波斯的伊儿汗国可汗阿八哈汗求助，希望得到军事专家，帮助他粉碎樊城和襄阳的抵抗。1271年，阿八哈给忽必烈送来了亦思马因和阿老瓦丁。在蒙古汗廷做短暂的停留之后，这两位穆斯林在1272年末来到战区，勘测现场，开始着手修造战争机器。他们建造了投石器和弹射器，能把巨石抛掷到很远的地方。
12月，蒙古军队开始使用这些装置对樊城发起攻击。有了如此强大的武器支持，阿里海牙终于攻陷了这座堡垒。在石头和炮弹的打击下，残余的南宋守军再也无法阻挡汹涌而来的蒙古军队，几天后，樊城陷落了。吕文焕收到樊城守军溃败的报告后，立刻意识到他自己在襄阳的部队也无法抵抗这种巨型火炮的攻击，但他没有立即投降。于是，两位穆斯林造炮师“视察了现场着力点，决定把火炮架设在城市的东南角。炮弹重一百五十斤，大炮发射时，震天动地，所到之处，皆为齑粉”。第二年3月，自忖无法胜过对方的火力优势，吕文焕投降了。为时将近五年的围城战终于结束了，南宋抵抗“北虏”的一个重要标志突然被拔除了。
汉文史书记载了双方军队之间的多次冲突。在1260年8月、1261年11月、1262年3月、5月和6月，南宋军队跨越边界袭击蒙元；1261年2月和1262年7月，忽必烈的军队向南宋展开了报复性军事反击。1265年初，第一场重大战役爆发了。两军在钓鱼山附近遭遇，忽必烈的军队取得全胜，并且俘获了一百四十六艘战船。
缴获南宋战船显示了忽必烈越来越意识到蒙古军需要建立一支海军。此时忽必烈已经认识到，要战胜南宋，他必须拥有一支强大的水上作战部队，于是开始着手夺取战船或修造战船。他的努力给人以深刻印象，因为正如一位中国海战史学家所写道的那样，“一个不熟悉海洋的马上民族，能够如此迅速地适应海战，真是非比寻常”。南宋变节者刘整是造船计划最热心的鼓吹者之一。他坚持认为，没有战船，蒙古人就无法征服南宋。他的鼓吹得到了忽必烈的支持，蒙古人终于建立了一支由四部或四“翼”组成的海军，并在双方初期的一场决定性战役中显示了实力。
双方交战的地点是在襄阳，这场战役标志着战争的转折点。战事从1268年开始，是征宋战争中持续时间最长的一场战役，最后以蒙古人的胜利而告终。《元史》、拉施都丁，以及马可？波罗对此都有详细描述。马可？波罗甚至声称亲身参加了围攻襄阳城的战斗，不过这是根本不可能的事，因为这场围城战在他到达中国两年之前就已经结束了。襄阳和毗邻城市樊城位于今湖北省的北部边界，坐落在汉水两岸，二城隔水相望，汉水在更南部的武昌汇入长江。其重要性在于其独特的战略地位：它们是进入长江流域途中的最后堡垒，守护着通往长江中游江汉平原、东南和西部地区的交通要道。夺取这两座城镇将为蒙古人提供一个基地，可对南部其他地区发起攻击。拉施都丁的受访者后来告诉他说，汉人在襄阳修筑了坚固的防御工事，襄阳有“坚固的城堡、坚实的城墙和很深的护城河”。南宋朝廷任命吕文焕为这座似乎固若金汤的城池的总指挥官。