伯颜虽态度强硬，但实则并未得到继续进军的诏令。忽必烈此时尚未彻底关上谈判的大门，一面于正月派出廉希贤和严忠范两位重臣领衔赴宋谈判；一面又令伯颜在池州按兵不动，等待和谈结果。
《元史·阿术传》记载伯颜问计于阿术：“有诏令我军驻守，何如？”阿术坚决要求进军：“若释似道而不击，恐已降州郡今夏难守，且宋无信，方遣使请和，而又射我军船，执我逻骑。今日惟当进兵，事若有失，罪归于我。”
二月十六日，元军进抵丁家洲（今安徽铜陵东北），与驻屯于此的宋军对峙，筹备决战。
宋军兵分三路，孙虎臣率精兵七万列阵于丁家洲江岸，夏贵率战舰两千五百艘横亘江中，贾似道亲率后军驻鲁港（今安徽芜湖西南）。
贾似道出京时有军十三万，至芜湖后夏贵率军数万来会，总计十五六万人，对外号称三十万；伯颜出师时统兵二十万，占领沿江诸州时一路留兵戍守，尤其是阿里海牙领军四万镇守鄂州，在丁家洲前线的元军可能尚不到十五万。
再加上丁家洲是贾似道亲自选定的战场，南宋水陆两军占据地利优势，这又进一步加大了元军的兵力劣势。伯颜观宋军布阵，度“众寡不敌，宜以计胜”，令军中作大木筏数十张，上置柴草，扬言将以此火攻南宋水师，迫宋军昼夜戒备而师老兵疲。
二月二十一日，伯颜自忖时机成熟，便对宋军发动总攻。元军的战术仍是最经典的水陆协同三面夹击水战：阿术率水军正面冲击宋军战舰，伯颜亲领步骑夹岸而进，配合水军以弩炮攻击南宋水师。
伯颜以巨炮先声夺人，“两岸树炮，击其中坚”，据说“炮声震百里。宋军阵动”，击沉南宋巨舰多艘；阿术水军虽舰船个头不如南宋巨舰，但灵活锋锐，“舳舻相荡，乍分乍合”，阿术勇冠三军，挺身登舟，亲自掌舵，突入敌阵，诸军继进。
宋军这边也有勇将姜才，但孙虎臣开战伊始见战局不利，便弃阵先退，在“步师遁”的呼号声中，宋军大溃。溃败是雪崩式的，夏贵见前军溃散，为求自保，不战而退，驾快船东走，经过贾似道座舰时竟也没停船会合，只是大呼一句“彼众我寡，势不支矣”，便不管不顾地走了。贾似道闻之仓皇失措，遽然鸣金收军，进一步加深了宋军的溃败程度。
据《元史·伯颜传》，“伯颜命步骑左右掎之，追杀百五十余里，溺死无算，得船二千余艘”，就连贾似道的都督府官印也落入追兵手中。
在丁家洲，南宋丢掉了最后一支可以与元军对峙的主力军团。
当夜，惊魂未定的贾似道一口气退到珠金沙（今安徽繁昌县西三十五里凤凰矶北麓），方才稳住阵脚，召夏贵与孙虎臣前来议事。孙虎臣“抚膺而泣”：“吾兵无一人用命也”。这半是推诿率先败退之过，但也半是实情。据《宋史·贾似道传》，夏贵闻言竟在一旁“微笑”说：“吾尝血战当之矣。”但不战而退的他真的比孙虎臣更强吗？
夏贵如此大言不惭，甚至不无当众挑衅的意思，固然是自恃军中资历更深，看不上因依附贾似道而青云直上的孙虎臣，但更让后世深思的是，曾不可一世的贾似道在夏贵这样的南宋高级将领面前，其威权正冰消雪融般逐渐垮塌。很快，贾似道也将真正体会到“吾兵无一人用命也”。
贾似道果然也没与夏贵计较，反而问他：“计将安出？”夏贵语带轻慢地说：“诸军已胆落，吾何以战？公惟入扬州，招溃兵，迎驾海上，吾特以死守淮西尔。”说完，就扬长而去，乘船回庐州了。
贾似道别无他法，只得依夏贵计而行，与孙虎臣一起“以单舸奔扬州”。途中，贾似道见败兵蔽江而下，试图归拢溃兵，便派人登岸扬旗招之，不仅没有任何溃兵响应，甚至还遭到了胆大者的谩骂。
这也可见，贾似道的一切光环与荣耀，都在丁家洲之败后轰然崩塌。有人作打油诗，极尽嘲讽之能事：
丁家洲上一声锣，惊走当年贾八哥。寄语满朝谀佞者，周公今变作周婆。
多年后，文天祥在诗中指斥贾似道丁家洲（鲁港）之败时，似乎在情感上仍然无法接受，鲁港临阵脱逃的丧师者就是当年那个在鄂州苦战却敌的儒帅：
己未鄂渚之战，何勇也；鲁港之遁，何哀也！
贾似道依靠鄂州之战所获得的那些或真或假的荣耀，都被精于权谋的他转化为十六年的滔天权势。但丁家洲之败又让贾似道半是鞠躬尽瘁、老成谋国，半是阴谋权斗、党同伐异的权势，一朝之间丧失殆尽。
随贾似道声望而流逝的还有南宋的国运。《元史·伯颜传》中说，丁家洲一败，南宋“江东诸郡皆下。淮西滁州诸郡亦相继降”。
当然也有忠义之士。收到丁家洲败讯后，与贾似道在芜湖见过面的沿江制置使汪立信长叹：“吾今日犹得死于宋土也”，他置酒召左右诀别，夜半起步庭中，慷慨悲歌，握拳拍案，失声痛哭，三日后自杀殉国。伯颜听说汪立信死讯后，也叹息说：“宋有是人，有是言哉！”
更悲壮的是前左丞相江万里一家。《宋史·江万里传》记载，江万里辞官后退隐饶州，饶州城破之际，他对门人说：“大势不可支，余虽不在位，当与国为存亡。”言罢便投水自尽于宅中水池，享年七十八岁。其左右和儿子十七口也相继从容赴水，“积尸如叠”。