伯顏雖態度強硬，但實則並未得到繼續進軍的詔令。忽必烈此時尚未徹底關上談判的大門，一面於正月派出廉希賢和嚴忠範兩位重臣領銜赴宋談判；一面又令伯顏在池州按兵不動，等待和談結果。
《元史·阿術傳》記載伯顏問計於阿術：「有詔令我軍駐守，何如？」阿術堅決要求進軍：「若釋似道而不擊，恐已降州郡今夏難守，且宋無信，方遣使請和，而又射我軍船，執我邏騎。今日惟當進兵，事若有失，罪歸於我。」
二月十六日，元軍進抵丁家洲（今安徽銅陵東北），與駐屯於此的宋軍對峙，籌備決戰。
宋軍兵分三路，孫虎臣率精兵七萬列陣於丁家洲江岸，夏貴率戰艦兩千五百艘橫亙江中，賈似道親率後軍駐魯港（今安徽蕪湖西南）。
賈似道出京時有軍十三萬，至蕪湖後夏貴率軍數萬來會，總計十五六萬人，對外號稱三十萬；伯顏出師時統兵二十萬，佔領沿江諸州時一路留兵戍守，尤其是阿里海牙領軍四萬鎮守鄂州，在丁家洲前線的元軍可能尚不到十五萬。
再加上丁家洲是賈似道親自選定的戰場，南宋水陸兩軍佔據地利優勢，這又進一步加大了元軍的兵力劣勢。伯顏觀宋軍佈陣，度「眾寡不敵，宜以計勝」，令軍中作大木筏數十張，上置柴草，揚言將以此火攻南宋水師，迫宋軍晝夜戒備而師老兵疲。
二月二十一日，伯顏自忖時機成熟，便對宋軍發動總攻。元軍的戰術仍是最經典的水陸協同三面夾擊水戰：阿術率水軍正面衝擊宋軍戰艦，伯顏親領步騎夾岸而進，配合水軍以弩炮攻擊南宋水師。
伯顏以巨炮先聲奪人，「兩岸樹炮，擊其中堅」，據說「炮聲震百里。宋軍陣動」，擊沉南宋鉅艦多艘；阿術水軍雖艦船個頭不如南宋鉅艦，但靈活鋒銳，「舳艫相蕩，乍分乍合」，阿術勇冠三軍，挺身登舟，親自掌舵，突入敵陣，諸軍繼進。
宋軍這邊也有勇將姜才，但孫虎臣開戰伊始見戰局不利，便棄陣先退，在「步師遁」的呼號聲中，宋軍大潰。潰敗是雪崩式的，夏貴見前軍潰散，為求自保，不戰而退，駕快船東走，經過賈似道座艦時竟也沒停船會合，只是大呼一句「彼眾我寡，勢不支矣」，便不管不顧地走了。賈似道聞之倉皇失措，遽然鳴金收軍，進一步加深了宋軍的潰敗程度。
據《元史·伯顏傳》，「伯顏命步騎左右掎之，追殺百五十餘里，溺死無算，得船二千餘艘」，就連賈似道的都督府官印也落入追兵手中。
在丁家洲，南宋丟掉了最後一支可以與元軍對峙的主力軍團。
當夜，驚魂未定的賈似道一口氣退到珠金沙（今安徽繁昌縣西三十五里鳳凰磯北麓），方才穩住陣腳，召夏貴與孫虎臣前來議事。孫虎臣「撫膺而泣」：「吾兵無一人用命也」。這半是推諉率先敗退之過，但也半是實情。據《宋史·賈似道傳》，夏貴聞言竟在一旁「微笑」說：「吾嘗血戰當之矣。」但不戰而退的他真的比孫虎臣更強嗎？
夏貴如此大言不慚，甚至不無當眾挑釁的意思，固然是自恃軍中資歷更深，看不上因依附賈似道而青雲直上的孫虎臣，但更讓後世深思的是，曾不可一世的賈似道在夏貴這樣的南宋高階將領面前，其威權正冰消雪融般逐漸垮塌。很快，賈似道也將真正體會到「吾兵無一人用命也」。
賈似道果然也沒與夏貴計較，反而問他：「計將安出？」夏貴語帶輕慢地說：「諸軍已膽落，吾何以戰？公惟入揚州，招潰兵，迎駕海上，吾特以死守淮西爾。」說完，就揚長而去，乘船回廬州了。
賈似道別無他法，只得依夏貴計而行，與孫虎臣一起「以單舸奔揚州」。途中，賈似道見敗兵蔽江而下，試圖歸攏潰兵，便派人登岸揚旗招之，不僅沒有任何潰兵響應，甚至還遭到了膽大者的謾罵。
這也可見，賈似道的一切光環與榮耀，都在丁家洲之敗後轟然崩塌。有人作打油詩，極盡嘲諷之能事：
丁家洲上一聲鑼，驚走當年賈八哥。寄語滿朝諛佞者，周公今變作周婆。
多年後，文天祥在詩中指斥賈似道丁家洲（魯港）之敗時，似乎在情感上仍然無法接受，魯港臨陣脫逃的喪師者就是當年那個在鄂州苦戰卻敵的儒帥：
己未鄂渚之戰，何勇也；魯港之遁，何哀也！
賈似道依靠鄂州之戰所獲得的那些或真或假的榮耀，都被精於權謀的他轉化為十六年的滔天權勢。但丁家洲之敗又讓賈似道半是鞠躬盡瘁、老成謀國，半是陰謀權鬥、黨同伐異的權勢，一朝之間喪失殆盡。
隨賈似道聲望而流逝的還有南宋的國運。《元史·伯顏傳》中說，丁家洲一敗，南宋「江東諸郡皆下。淮西滁州諸郡亦相繼降」。
當然也有忠義之士。收到丁家洲敗訊後，與賈似道在蕪湖見過面的沿江制置使汪立信長嘆：「吾今日猶得死於宋土也」，他置酒召左右訣別，夜半起步庭中，慷慨悲歌，握拳拍案，失聲痛哭，三日後自殺殉國。伯顏聽說汪立信死訊後，也嘆息說：「宋有是人，有是言哉！」
更悲壯的是前左丞相江萬里一家。《宋史·江萬里傳》記載，江萬里辭官後退隱饒州，饒州城破之際，他對門人說：「大勢不可支，餘雖不在位，當與國為存亡。」言罷便投水自盡於宅中水池，享年七十八歲。其左右和兒子十七口也相繼從容赴水，「積屍如疊」。