一个月后，文天祥被带到枢密院，见元丞相孛罗。文天祥泰然自若站定，立刻有官员喝令：“跪下！”，文天祥拒不跪下，孛罗令差官按文天祥跪倒，尽管一群走卒拳脚相加，文天祥被拽倒后还是拼死坐在地下，始终没有屈服，通事（翻译）传话：“你还有什么话说？”文天祥答：“我尽忠宋朝，才有今天，请你们快快处置罢！”孛罗又说：“你们丢掉君王（赵隰）。先后另立二王，算什么忠臣？”，文天祥答：“社稷为重，君为轻。”孛罗再问：“那你干出什么功绩了？”文天祥答：“做一天臣子尽一天责，谈何功绩！”，又说：“现在只有一死，不必再说什么！”孛罗叫道：“你要死，我偏不叫你死，要把你关押起来！”，文天祥凛然答说：“我为国死都不怕，还怕关押！”

元统治者又将他投入恶牢，囚禁折磨达三年之久，使他读到正在元宫中充当女仆的被俘妻女的信，使他已降元的弟弟来狱中探望。但文天祥不为百般折磨、千般利诱、万缕亲情所动，凛然作《正气歌》，颂历史人物不朽业绩，抒“是气所磅腐，凛烈万古存，当其贯日月，生死安足论”之志向。

一日，忽必烈亲自劝降，说：“现在你如能用对待宋朝那样对我，立即任你为丞相”。文天祥虽被卫士用金棍击伤膝骨，仍泰然处之，昂首挺立，答曰：“一死之外，无可为者。”

1283年1月9日，文天祥在大都柴市口英勇就义，时年47岁。他死后留下了大量诗文，其中如《过零丁洋》中的“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”；狱中所作的《正气歌》以及死后从其衣带中发现的“衣带诏”（孔曰“成仁”，孟曰“取义”，惟其义尽，所以仁至，读圣贤书，所学何事？而今而后，庶几无愧）都已成为光照日月、气壮山河的绝唱，成为民族精神财富的宝贵部分。文天祥也因此成为永垂不朽的民族英雄。