至元六年(1269年)，宋元正在进行襄阳的争夺战。元军围困襄阳的军队大部分是平叛后改编了的李璮旧部，以勇狠骄悍难加管束著称。元政府正发愁难以物色到一个既有能耐。又得军心的将领来统帅这支队伍。恰巧有人提到张弘范的名字，忽必烈立刻想到这正是他所要选择的人!马上就任命他担任益都、淄莱等路行军万户。

攻宋战役的总指挥是丞相伯颜。张弘范向伯颜建议：用重兵围困襄阳，首先应切断襄阳的粮道。伯颜采纳了这项建议，并且就派张弘范负责万山粮道的把守。在一次遭遇战中，他以少胜多，竟取得了一次意外的大胜仗，伯颜对张弘范的才能具有了进一步的认识。

至元八年(1271年)，伯颜听从了张弘范的计谋，决定把对襄阳的包围圈逐步缩小。张弘范于是在襄阳、樊城之间，建筑了一个坚强的阻隔性工事——“一字城”。“一字城”把原来是一个整体的襄樊军事防区，切割成两份。这样，包围圈进一步逼近樊城。第二年攻打樊城时，张弘范肘部中了流矢。他把伤口裹扎了一下，马上就到大本营晋见主帅，提出以水师截江道，断绝樊城的救援。

同时在攻取的策略上，建议用水陆夹攻的办法，先攻破樊城，只要樊城攻下，襄阳也就无险可守了。他的这些主张，取得主帅同意后，立即组织新的进攻，他身先士卒，轮番猛扑，很快就拿下了樊城。宋方樊城守将范天顺战死，牛富率兵百余巷战，兵败后投火自尽，这是一场极艰苦的战役。

樊城这个坚垒一突破，襄阳的守将吕文焕也就只好举白旗投降了。从至元四年(1267年)至至元九年(1272年)坚持六年的襄樊战役，胜利结束。这是宋元之间的一场关键性的战役，元军攻克襄阳后，南宋门户洞开，崩溃已成定局。张弘范以襄樊战役的功勋，带着降将吕文焕去见忽必烈，受到了“赐锦衣、白金、宝鞍”等奖励的荣誉。他的部下也都受到了奖赏。

至元十二年(1275年)，南宋丞相贾似道为了挽救颓势，不得不亲自出马，督师驻芜湖，又派遣宋京前往元军大本营与伯颜议和。希望象景定元年开庆密约一样，输岁币，称臣。被伯颜拒绝了。这时贾似道只得命殿帅(即殿前都指挥使司的简称)孙虎臣率领步兵、七万驻池州(今安徽贵池)丁家洲。舟师(水军)统帅夏贵以战舰二千五百艘横亘江中，自率后军驻鲁港(今安徽芜湖西南)。伯颜命张弘范所部步骑夹岸而进，利用陆上优势，形成包围，又用战舰巨炮，轰击孙虎臣军。孙军大溃，逃到鲁港。夏贵闻败讯后，也放弃了指挥，仓皇奔逃。在这次战役中，南宋水陆两军主力丧失殆尽，张弘范所部长驱到达建康(今南京市)。

元军进入建康后，丞相伯颜决定在建康休整一番。在诸将出席的劳军大会上，取出库存黄金分赐诸将。在诸将均已到齐之后，张弘范却姗姗来迟。伯颜沉下脸来面带愠色地说：“我们祖宗传下来的习惯法规定：凡是军事性的集会，迟到的有罪!虽然是近侍贵戚和以材能勇敢知名的人，都不允许宽赦，你难道连这规矩也不懂，竟敢迟到!”与会的人都为张弘范的过失，捏一把冷汗。

张弘范却毫不惊慌失态，很从容地说：“我认为军事集会是指战场上的集会。在战争的场合上，我从来没有迟到过。今天的聚会是领受犒赏，在犒赏之前我不敢争先，在道理上有什么不可以的呢?”丞相伯颜被他所讲的道理折服了，冷若冰霜的面孔又变得和颜悦色，连连点头称是。他辞锋敏锐，片言释疑，语言之妙，举此一例可以想见。在这个小故事的后面，可以隐约地看到他和伯颜争论的实质是蒙古习惯法和中原儒学礼教的交锋，用中原文化传统来影响蒙古贵族，正是张弘范父子们有意识或无意识的一项经常性工作。

元军攻占建康后，南宋的京城临安，危在旦夕，宋廷不得不发出勤王的号召。但宋朝军民响应勤王号召的只有张世杰和文天祥等少数人。张弘范则从军事形势考虑，认为应当乘破竹之势，掌握战机，不可再稍缓。他和伯颜商讨后，伯颜同意他的意见，命令他用当时最快速的交通手段——蒙古驿站的快马，奔驰到忽必烈的驻地，面陈形势。忽必烈决定继续追击。张弘范返回防地后，激战就开始了。

同年七月，张弘范与张世杰、孙虎臣等所率水军的战斗，焦山之战，是场决定性的战役。当时统帅阿术集合行省诸翼万户兵船于瓜州，阿塔海、董文炳集合行枢密院万户兵船于西津渡，南宋沿江制置使赵清、枢密都承旨张世杰、知泰州孙虎臣等陈列舟师于焦山南北。阿术派遣张弘范等以兵船千艘西掠珠金沙。

阿术、阿塔海登南岸石公山，指挥水军万户刘琛循江南岸，绕出南宋防军之后，董文炳则直抵焦山南麓，和元军刘国杰左右呼应，万户忽刺出击中路，张弘范自上流来会师于焦山之北。这场会战，南宋全线溃败于焦山。张弘范率军直追至圃山(今江苏镇江市东北)之东。这是临安陷落之前元军伐宋的最后一次大战役。由于这次战役的功劳，忽必烈赐他以“拔都”(蒙语意为勇士)的荣誉称号，并改授他毫州万户。

至元十二年(1275年)十月，张弘范班师还朝，朝廷上安排了不少庆功活动。忽必烈在内殿宴请张弘范，为他洗尘，慰劳他的凯旋，是这一系列庆祝活动的顶峰。但是由于他不适应南方的气候和水土等环境，再加上又得了疟疾，返回大都后不久就病倒了。

忽必烈十分关心张弘范，特命御医前往护视，并规定每天要把张弘范的病情作专门的汇报，并让近侍传出口谕给御医说：“我有军国大事，等着同九拔都商量决，一定要尽心治疗，使他迅速恢复健康。”又命令卫士坐在张弘范的门口，对来探视的人们说：“九拔都病得很重，除非至亲和医护人员外，皇帝有诏令，停止一切对病人不必要的干扰。”

至元十三年(1276年)正月，宋廷派遣宗室赵尹甫、赵吉甫携传国玉玺及降表赴元军大本营乞和。降表中以伯、侄相称。伯颜看了降表后，派遣张弘范、孟祺(元行省咨议)、程鹏飞等人，带着伯颜的命令，先入临安城，责备宋大臣背约失信之罪。张弘范等终于说服了宋廷，取得宋王改称臣仆，屈辱请降的表文。

三月，伯颜入临安，宋幼主赵显(恭帝)及全太后等均被押送至大都。皇帝、皇太后虽然投降了，但人民并不都甘心作元朝的臣民，浙东一带发生了叛乱。按蒙古人的惯例，降而复叛，又杀了使臣，又焚烧了招降书，是要屠城的。张弘范的良心不允许他执行蒙古人屠城的习惯法，只杀了几个为首的人，就了结了此案，总算保全了一城人的性命。

至元十四年(1277年)，元军凯旋，张弘范也加官进爵，被授予镇国上将军的军阶，任命为江东道宣慰使。这时张弘范四十一岁，已经是武职官员中从二品大员了。

至元十五年(1278年)四月，文天祥、张世杰等拥立的小皇帝赵昰，被迫逃到广州，病死于硐州岛上(今广东雷州湾上一岛)。为了坚持斗争，他们又拥立广王赵昺于广东新会海中崖山。改元祥兴。元廷命张弘范为蒙古汉军元帅，前去攻击流亡朝廷。

至元十六年(1279年)正月，元组织了水军，大举进攻崖山。文天祥以战俘的身份也被软禁在元军船上，途中文天祥作《过零丁洋》一诗。恰巧张弘范来要文天祥他给张世杰写一封劝降信，他就顺手写出上边这首诗，交给张弘范算是答复。张弘范读罢，除对他的遭遇同情外，心中肃然起敬。张弘范与文天祥在政治上虽然是对立的，但他对文天祥的人格则是崇敬和钦佩的。当部下劝告他：“敌国的丞相，居心叵测，不可亲近。”时，张弘范笑着说：“他是个忠义至性的男儿，决不会有其他。”

二月，张弘范统率的元朝水军抵达崖山后，曾派张世杰的外甥韩某，三次去张世杰军中劝降，张世杰严辞拒绝了诱降。张弘范做了四面包围的严密部署，发动了总攻。他目的在消灭宋军的有生力量，要一举歼灭，不使其再散逸。二月初六日晨，用炮石、火箭作掩护，插入宋舰队主力所在。元军跳上宋船后，短兵相战，发挥北军之所长，宋方溃不成军。张世杰冲出重围，准备招集旧部;找寻赵宗室后裔再图恢复。元军李恒的舰队追至大洋，没有追赶上。不幸遇大风浪，船翻之后全船的人都淹死在平章山下。