艰难的日子里，吕文焕里一边鼓励着被团团包围孤立无援的两城将士、百姓，一边苦苦支撑着局面。
而忽必烈这时开始投入使用新兵器“回回炮”。
南宋咸淳九年（1273年）一月，在樊城郊外出现了一架庞大的投石机，巨大的石弹摧毁了樊城的城墙，蒙古大军由此杀入城中，樊城陷落了。随后，搬入樊城之中的投石机将目标瞄准了襄阳。
可怕的巨大石弹轻松越过了宽广的汉水河面，从上空向襄阳袭来。位于襄樊两市之间的汉水也有七百到八百米宽，而当时这一武器至少具备了这样的飞行距离。而与弓矢、弩炮、火器不同，它的攻击根本无法抵挡。在可以逐一击破城楼、兵舍、民宅，并横扫所有守军、百姓的这一新兵器的恐怖威力之下，吕文焕开始想要放弃了。最终，在第二年二月，以保全全军、全体百姓的性命为条件，吕文焕开城投降了。
忽必烈对襄阳极尽优待，不仅按照之前的约定不杀一兵一民，还反而任命吕文焕为“襄汉大都督”，拥有汉水流域绝对的军事权力，其麾下将士也被授予忽必烈直属的“侍卫亲军”的地位，并和从前一样由吕文焕统领指挥。
这对于吕文焕及其部下来说，是难以置信的优待。首先，对自己六年以来的守城