忙古歹、范文虎行两浙大都督事。遣宁玉修吴江长桥，不到十天而成。

十二月二十四日，囊加歹同宋尚书夏士林、侍郎吕师孟、宗正少卿陆秀夫携带宋朝国书来议和，尊世祖为伯父，宋皇帝世代行子侄之礼，每年贡银二十五万两、帛二十五万匹。二十七日，伯颜遣囊加歹同吕师孟等回临安，遣忙古歹、范文虎会同阿剌罕、昔里伯取湖州。三十日，宋将赵舆可降。伯颜离开平江，留游显、怀都、忽都不花等屯兵镇守，遣宁玉守长桥。

十三年正月初三日，元军进至嘉兴，宋安抚使刘汉杰降，留万户忽都虎戍守。初七、初九、十五日，宋宰相陈宜中三次遣使议和。十八日，元军至皋亭山，宋朝皇帝遣使奉国玺及降表来军前，伯颜受纳，派囊加歹随宋使临安知府贾余庆还临安，召宋丞相来议投降事。这时，陈宜中已逃，宋朝以文天祥为丞相。十九日，元军进至临安北十五里，分派董文炳、吕文焕、范文虎巡视城堡，安抚百姓。囊加歹、洪模报告：陈宜中与张世杰、苏刘义、刘师勇等，挟益王赵曰正、广王赵籨下浙江，航海南去，宫中只有谢太后及幼主。伯颜派右军阿剌罕、奥鲁赤，左军董文炳、范文虎去追赶，但未追到。二十日，伯颜下令禁止军士进临安城，遣吕文焕持黄榜安抚城中军民。二十二日，谢太后遣丞相吴坚、文天祥，枢密谢堂，安抚贾余庆，内官邓惟善来见伯颜，伯颜送走他们，而把文天祥软禁下来。天祥多次要求放他回去，质问留他不放的缘故。伯颜说“：请不必怒，你是宋朝大臣，责任重大，形势到如此地步，我们共同执政。”原来是想要他降元。伯颜又令程鹏飞、洪双寿同宋朝的安抚贾余庆更换取消宋皇帝称号的降表。二十三日，元军驻临安城北之湖州市。遣千户囊加歹等将宋朝皇帝的传国玉印奉献于朝廷。

正月二十四日，伯颜率左右翼万户巡视临安城，受宋朝宗室大臣的进见。二十五日，令镇抚唐古歹解散文天祥所招募的二万余义兵。二十六日，命唆都抚谕临安军民，部署守城军队护卫宋朝宫廷。二十八日，遣肖郁、王世英去招降衢州、信州等地。二月初一日，遣刘颉等去淮西招降夏贵，另遣将攻占浙东、浙西。严州知府方回、婺州知府刘怡、台州知府杨必大、处州知府梁椅，相继投降。伯颜命右丞张惠，参政阿剌罕、董文炳、吕文焕入宋朝皇宫向谢太后宣布元朝的盛德。初五日，宋朝皇帝率文武百官投降。伯颜以临安为两浙大都督府，命忙古歹、范文虎管理都督府中，命张惠、阿剌罕、董文炳、吕文焕等入城，清理宋朝的钱粮，收缴百官诰命、符印、图册，废除宋朝的官府衙门，将宋亡国之君移居于别处。遣新归附的宋朝官员去招降湖南北、两广、四川之尚未攻克的州郡。部署诸将分兵屯驻要害之地。禁止偷盗和破坏宋皇室陵墓。初七日，伯颜上表朝廷，祝贺江南大捷。

二月初五日，宋恭帝赵。。降。二十二日，夏贵在淮西降。三月二日，伯颜入临安城，令郎中孟祺清理登记宋宫中之礼乐祭器、册宝、仪仗、图书等物。伯颜离开临安回京。之前，令阿剌罕、董文炳留行省主持政务，以经略闽粤；令忙古歹督镇浙西并兼管浙东；令唐兀歹、李庭护送宋亡国君臣北上。

五月初一日，伯颜同亡宋君主至上都，朝拜大元皇帝，世祖授宋主赵。。开府仪同三司、检校大司徒，封瀛国公。灭宋，得府三十七、州百二十八、关监二、县七百三十三。世祖慰劳伯颜，拜同知枢密院，赐银鼠青鼠只孙二十袭。对有功将校一百二十三人各有赏赐。

伯颜灭宋还京时，世祖诏令百官至郊外迎接，平章阿合马先于百官在十五里外谒见伯颜。伯颜将所系玉钩丝带送给他，且说：“宋宝玉固多，但我实在没拿，请不要嫌此礼薄。”阿合马认为是看不起他，暗地中伤伯颜，诬告伯颜在平宋时取走了玉桃盏。世祖命追查，无结果，释放伯颜，复其职务。阿合马死后，有人献此玉桃盏，世祖大惊道：“几乎陷害我忠良！”

至元二十四年四月，乃颜反，伯颜随世祖亲征，奏请以李庭、董士选率汉军，用汉人兵法作战，汉军奋力战斗，大败叛军，生擒乃颜。至元二十六年，伯颜晋升为金紫光禄大夫、知枢密院事，出镇和林。和林置枢密院，就是从伯颜开始的。