忽必烈雖不願「釋」，卻也不忍「殺」，他的態度更像是「拖」，等待文天祥回心轉意。《宋史·文天祥傳》中有一段話頗能詮釋忽必烈這種微妙心理：「我世祖皇帝以天地有容之量，既壯其節，又惜其才，留之數年，如虎兕在柙，百計馴之，終不可得。」
這麼一拖就是三年。在這三年的獄中生活裡，文天祥編定了入獄前後寫就的《指南錄》和《指南後錄》兩部詩集，《正氣歌》即收於《指南後錄》；全新寫了《集杜詩》和自編年譜《紀年錄》，尤其是集杜甫詩句而成的《集杜詩》兩百首，被視作宋元鼎革的「詩史」。
至元十九年（1282年）八月，忽必烈詢問群臣：「南北宰相孰賢？」群臣一致認為：「北人無如耶律楚材，南人無如文天祥。」
忽必烈有意拜文天祥為相，文天祥聽說後，寫信給降元的舊日同僚王積翁等人：「天祥不死，而盡棄其平生，遺臭於萬年，將焉用之？」
直到此時，忽必烈還未對文天祥萌生殺心，還是想不釋不殺，繼續關著。
但就是在這年冬天，連續發生了幾件事，促使忽必烈不得不盡快做個了斷。
有一名善談星象的福建和尚妙曦，向忽必烈進言：「十一月，土星犯帝座，疑有變。」
恰在此時，中山府（今河北定州市）有個叫薛保住的人，聚眾二千，自稱是「真宋幼主」，號稱要來大都劫獄救出文丞相。
一時間，大都人心惶惶，沸反盈天。
為此，元廷緊急將瀛國公趙等趙宋宗室從大都遷往上都。
也因此，如何處置文天祥成為元廷的當務之急。
看到這裡，很多人會覺得，忽必烈與元廷是不是神經過敏，過於小題大做了？
這裡還應該補充一個重要資訊。這年春天，也就是至元十九年（1282年）三月，大都發生了震驚宇內的「擊殺阿合馬事件」。王著、高和尚等人假扮太子真金，以太子回京的名義令阿合馬出迎，當阿合馬來到東宮門口，王著用袖藏的銅錘當場將他擊殺。阿合馬之死，對忽必烈的震動甚至要超過李璮之亂，他懷疑王著背後的操控者是儒臣士大夫集團，對他們徹底失去了往日的信任與愛重。
正是在阿合馬之死的背景下，星象與民變的政治衝擊力才被無限放大，忽必烈在文天祥問題上長期展現出來的耐心、自信、寬容與理想主義，也被猜疑、妄想、偏見與不安全感所籠罩。
當然，忽必烈仍非殺文天祥不可，他還想給文天祥，也給他自己最後一次機會。
忽必烈決定親自勸降。
至元十九年（1282年）十二月初八，文天祥被忽必烈召入元官大殿，「長揖不拜」，左右強逼他下跪，甚至用金棍打傷了他的膝蓋，文天祥仍挺立不動。
忽必烈沒有在跪拜禮上過多糾纏，讓人傳話：「汝以事宋者事我，即以汝為中書宰相。」
文天祥堅定地回答：「天祥為宋狀元宰相，宋亡，惟可死，不可生。」
忽必烈追問：「汝不為宰相，則為樞密。」
文天祥再答：「一死之外，無可為者。」
忽必烈見文天祥死志甚篤，便讓他退去。
忽必烈還舉棋不定，便於第二天（十二月初九）問計群臣。群臣理由不一，有的人想成全文天祥的個人意願，有的人忌憚文天祥的才略，唯恐放虎歸山，但多數人還是主張殺掉文天祥。
在之前的類似討論中，似乎更多人，尤其是漢臣，傾向於不殺甚至釋放文天祥。有可能也是因為阿合馬之死帶來的政治氛圍變幻，使得這些以漢臣為主的「不殺派」，要麼噤若寒蟬，要麼見風使舵，要麼乾脆就喪失了話語權。
總之，忽必烈最終認可了群臣的籲請，下詔殺文天祥。
當天，文天祥就被帶到了柴市口刑場（今北京交道口一帶）。自兵馬司衙門牢獄出來時，文天祥平靜地對獄吏說：「吾事了矣。」
關於文天祥之死，專力記敘宋末抗元忠義事蹟的《昭忠錄》細節頗豐：
時燕市觀者如堵，宣使遍諭曰：「文丞相，南朝忠臣，皇帝使為宰相，不可，故隨其願，賜之一死，非他人比也。」宣使問天祥曰：「丞相今有甚言語，回奏尚可免死。」天祥曰：「死則死爾，尚何言。」天祥問市人孰為東南西北，趨而南向再拜，就死。燕人凡有聞者莫不嘆息流涕。
時年，文天祥四十七歲。
有一種說法是，到了最後一刻，忽必烈曾改變主意，想留文天祥一命，惜為時已晚。最直接的證據是，有一名叫趙與稟的南宋宗室，自稱目擊了問斬文天祥的全程，「頃之，又聞馳騎過者。及回，乃聞有旨，教再聽聖旨，至則已受刑」。
《宋史·文天祥傳》也有類似的說法：「俄有詔使止之，天祥死矣。」
明人趙弼在《續宋丞相文文山傳》中更有一處不無渲染的細節：
明日，世祖臨朝，撫髀嘆曰：「文丞相，好男子！不肯為吾用，一時輕信人言殺之。誠可惜也。」
忽必烈為何意欲在最後一刻刀下留人？不得而知。當然，這種說法也是存疑的。
據文天祥好友鄧光薦所著《文丞相傳》，文天祥就義後，大都連日戒嚴，一片肅殺之氣：
時連日大風埃霧，日色無光，都城門閉，甲卒登城街，對鄰不得往來，行不得偶語。
行刑第二天，在東宮當婢女的歐陽夫人就獲准出外殮屍，為不食元粟的文天祥每日送牢飯的張弘毅及江南十義士也冒險前來。眾人見文天祥「顏面如生」，在衣袋中還發現了文天祥的絕筆：
孔曰成仁，孟曰取義，惟其義盡，所以仁至。讀聖賢書，所學何事，而今而後，庶幾無愧。
二十三年後，即元大德九年（1305年）二月，歐陽夫人病逝。去世前，她從貼身香囊中取出文天祥寫給自己的《哭妻文》，「烈女不嫁二夫，忠臣不事二主。天上地下，惟我與汝。嗚呼哀哉！」歐陽夫人死時將《哭妻文》手跡放於胸前，「將以見吾父母，見吾夫於地下」。
宋亡的時間點有多個版本，崖山之戰說最為盛行。元代文宗黃溍為文天祥祠堂作《祠堂記略》，內有一說：「宋之亡，不亡於皋亭之降，而亡於潮陽之執；不亡於崖山之崩，而亡於燕市之戮。」參與編宋遼金三史的元人揭傒斯也有類似說法：「文丞相斬首燕市，終三百年火德之祚。」
這既是文天祥的歷史榮耀，也是他最終赴死的重要原因，「只要文天祥不死不降，他始終就是南宋舊有勢力存續的一種象徵，是恢復大宋的希望所在，而這正是元王朝最為擔憂的事情。因此，處死文天祥成為忽必烈當時必然的政治抉擇」。
南宋史事，終於文天祥之死。