文天祥含着眼泪说：“国破家亡，我身为宋朝大臣，没能够挽回局势，死了还有罪孽，怎么还能贪图活命呢。”
张弘范一再劝降，没有结果，只好派人把文天祥押送到大都。
过了半年，文天祥被押到大都，元王朝下令把他送到上等的宾馆里，用美酒好菜招待他。过了几天，元朝丞相博罗派投降官员留梦炎去劝降。文天祥对这个叛徒早已深恶痛绝，现在见他居然老着脸皮来劝降，更是火冒三丈。没等留梦炎开口，就一顿痛骂，把留梦炎骂得抬不起头，灰溜溜地走了。
元朝对文天祥劝降不成，就把他移送到兵马司衙门，戴上脚镣手铐，过着囚徒的生活。过了一个月，博罗把文天祥提到元朝的枢密院，亲自审问。
文天祥被兵士押着，来到枢密院大堂，只见博罗满脸凶相，坐在上面。文天祥正眼也不看，昂起头，挺直腰杆走上前去。左右兵士吆喝他跪下，被文天祥拒绝了。
博罗恼羞成怒，喝令左右动手。兵士们把文天祥拉的拉，推的推，将文天祥按倒在地上。
博罗说：“你还有什么话可说？”
文天祥坦然说：“从古以来，国家有兴有亡，做大臣的被灭被杀的，哪一个朝代没有？我是宋朝的臣子，现在既然已经失败，只求早死。”
博罗怕审问出现僵局，想缓和一下空气，就说：“自从盘古到现在，有几个帝王，你倒说来听听。”
文天祥哼了一声，说：“一部十七史（指《史记》等十七部历史书），从哪里说起？我今天不是到这里来应考，哪有心思跟你们闲扯。”
博罗被文天祥抢白几句，讨个没趣，就无理取闹地责问文天祥为什么丢了临安逃走，为什么要另立二王。文天祥一条条据理驳斥，最后，他慷慨激昂地说：“我文天祥今天落在你的手里，早就准备一死，何必再噜苏！”
博罗气得吹胡子瞪眼睛，喝令把文天祥押回兵马司。他想杀掉文天祥。但是元世祖恐怕杀了文天祥，民心不服，不同意把他杀害。
文天祥被关的那间土牢，又矮又窄，阴暗潮湿。遇到雨天，屋面漏水，满地是水；一到夏天，地面上发出一阵阵蒸汽，更加闷热。牢房的隔壁，有狱卒的炉灶，有陈年的谷仓，发出阵阵烟火气、霉气，再加上厕所里大粪的气味，死老鼠的臭味，使人极其难受。
文天祥被关在这间牢房里，恶劣的环境只能折磨他的身体，却并不能摧毁他的意志。爱国爱民族的浩然正气，一直激励着他。
他在牢房中，写下了千古传诵的《正气歌》。他在那首诗里，举了历史上一些坚持正义、不怕牺牲的忠臣义士的例子，颂扬正气。他在诗中写道：
天地有正气，杂然赋流形。
下则为河岳，上则为日星。
于人日浩然，沛然塞苍冥。
……
时穷节乃见，一一垂丹青。
（意思是：天地之间有一种正气，分别表现为各种物体。如地上的大河高山，天空的日月星辰。在人的身上就表现为浩然之气，充塞在宇宙之间。……到了危急的关头，才表现出他的气节，他们的事迹一件件留在史册上。）
文天祥进牢的第三年，河北中山府发生了一场农民起义。起义领袖自称是宋朝皇室的后代，聚集几千人马，号召大家打进大都，救出文丞相。
这一来可把元王朝吓坏了，如果不杀文天祥，恐怕闹出大乱子来。元世祖还没有丢掉招降的幻想，决定亲自劝降文天祥。
一天，文天祥被人从牢房里押出来，带到宫里。
文天祥见了元世祖，不肯下跪，只作了个揖。元世祖问他还有什么话说。文天祥说：“我是大宋宰相，竭心尽力扶助朝廷，可惜奸臣卖国，叫我英雄无用武之地。我不能恢复国土，反落得被俘受辱。我死了以后，也不甘心。”说着，痛不欲声，不断地捶打自己的胸膛。
元世祖和颜悦色地劝说：“你的忠心，我也完全了解。事到如今，你如果能改变主意，做元朝的臣子，我仍旧让你当丞相怎么样？”
文天祥慷慨地说：“我是宋朝的宰相，哪有服侍两朝的道理。我不死，哪还有脸去见地下的忠臣烈士？”
元世祖说：“你不愿做丞相，做个枢密使怎么样？”
文天祥斩钉截铁地回答说：“我只求一死，别的没有什么可说了。”
元世祖知道劝降已没有希望，才叫侍从把文天祥带出去。第二天，就下令把文天祥处死。
公元1283年一月的一天，北风怒号，阴云密布。京城柴市的刑场上，戒备森严。市民们听到文天祥将要就义的消息，自发集中到柴市来，一下子就聚集了一万人，把刑场团团围住。只见文天祥戴着镣铐，神色从容，来到刑场。他问旁边的百姓，哪一面是南方。百姓们指给文天祥看了。他朝着正南方向拜了几拜，端端正正坐了下来，对监斩官说： “我的事结束了。”
附：正气歌
天地有正气，杂然赋流形。
下则为河岳，上则为日星。
于人曰浩然，沛乎塞苍冥。
皇路当清夷，含和吐明庭。
时穷节乃见，一一垂丹青：
在齐太史简，在晋董狐笔。
在秦张良椎，在汉苏武节；
为严将军头，为嵇侍中血，
为张睢阳齿，为颜常山舌；
或为辽东帽，清操厉冰雪；
或为出师表，鬼神泣壮烈。
或为渡江楫，慷慨吞胡羯，
或为击贼笏，逆竖头破裂。
是气所磅礴，凛然万古存。
当其贯日月，生死安足论！
地维赖以立，天柱赖以尊。
三纲实系命，道义为之根。
磋余遘阳九，隶也实不力。
楚囚缨其冠，传车送穷北。
鼎镬甘如馅，求之不可得。
阴房冥鬼火，春院閟天黑。
牛骥同一皂，鸡栖凤凰食。
一朝蒙雾露，分作沟中瘠。
如此再寒暑，百沴自辟易。
哀哉沮洳场，为我安乐国。
岂有他谬巧，阴阳不能贼！
顾此耿耿在，仰视浮云白。
悠悠我心忧，苍天曷有极！
哲人日已远，典刑在夙昔。
风檐展书读，古道照颜色。
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