Năm 1279, lực lượng của Trương Hoằng Phạm được tăng viện nhờ quân của Lý Hằng, người vừa hoàn thành việc bình định Quảng Châu. Để đối phó với quân Nguyên, Trương Thế Kiệt cho xích cả ngàn con thuyền của quân Tống lại với nhau nhằm che chở cho chiếc thuyền của Tống Đế Bính nằm ở trung quân. Các thuyền chiến của quân Tống đều được trát bùn để chống hỏa công, vì vậy Trương Hoằng Phạm quyết định không tấn công trực tiếp mà bao vây khu vực Nhai Môn, cắt đứt hoàn toàn mọi đường liên lạc và tiếp tế của quân Tống với bên ngoài. Tuy quân Tống có lực lượng đông tới 200.000 người nhưng thực tế trong số này có rất nhiều quan lại, người hầu, chưa kể tới hoàng gia nhà Tống vốn không hề thích hợp với việc phòng thủ lâu dài trong điều kiện khó khăn trên biển.

Chiều ngày 18 tháng 3 năm 1279, Trương Hoằng Phạm bắt đầu lập kế hoạch tấn công quân Tống, ông quyết định dùng đại bác công phá vì cho rằng nó sẽ phá vỡ chuỗi xích gắn liền các thuyền Tống với nhau khiến chúng dễ dàng chạy thoát. Ngày hôm sau, Trương Hoằng Phạm chia quân Nguyên ra làm bốn phần trong đó 3 phần tấn công quân Tống từ các hướng Đông, Bắc và Nam còn đích thân Trương Hoằng Phạm chỉ huy một đội chiến thuyền dự bị.

Vốn thường xuyên hứng chịu những cuộc đụng độ nhỏ trong nhiều ngày, quân Tống không hề chuẩn bị cho một cuộc tấn công lớn như vậy của quân Nguyên. Lực lượng ô hợp và mệt mỏi của quân Tống nhanh chóng bị quân Nguyên thiện chiến áp đảo, kết quả là đội hình chiến thuyền Tống trở nên hỗn loạn và vượt ra khỏi tầm kiểm soát của Trương Thế Kiệt. Trong lúc ông đang dẫn thuyền tới bảo vệ Tống Đế Bính thì đại thần phụ chính Lục Tú Phu do thấy tình thế tuyệt vọng của quân Tống đã quyết định ôm nhà vua nhảy xuống biển tự tử. Cái chết của vua Tống đã kéo theo sự tự tử của nhiều người Tống khác và kết thúc luôn hy vọng kháng chiến của Trương Thế Kiệt và những người ủng hộ nhà Tống.