Sau khi quân Nguyên đánh chiếm Nhai Sơn, Trương Hoằng Phạm mới các tướng lĩnh tới dự tiệc mừng công, Văn Thiên Tường cũng được mời tới. Trong tiệc rượu, Trương Hoằng Phạm nói với Văn Thiên Tường: "Nay triều Tống đã diệt vong, thừa tướng đã hết nghĩa vụ một trung thần rồi. Nếu thừa tướng hồi tâm chuyển ý, qui thuận hoàng thượng Đại Nguyên của chúng tôi, thì ngài vẫn có thể giữ chức thừa tướng".

Văn Thiên Tường rưng rưng nước mắt nói: "Nước mất nhà tan, tôi là một đại thần triều Tống, đã không cứu vãn được, chết đi còn mang tội, sao còn có thể tham tiếc mạng sống nữa".

Trương Hoằng Phạm cố gắng khuyên hàng ông không có kết quả, đành cử người áp giải Văn Thiên Tường về Đại Đô. Nửa năm sau, Văn Thiên Tường về tới Đại Đô. Triều Nguyên đưa ông tới nhà khách triều đình, cung cấp cho ông đủ của ngon vật lạ. Mấy hôm sau, thừa tướng Nguyên là Pô La cử viên quan đầu hàng là Lưu Mộng Viêm đến khuyên. Văn Thiên Tường từ lâu đã căm giận tên phản bội này, nay lại thấy hắn vác mặt đến khuyên hàng thì đùng đùng nổi giận, chưa kịp để cho hắn mở miệng, liền chửi mắng thậm tệ khiến hắn không dám ngẩng mặt lên, vội tiu nghỉu chuồn mất. Triều Nguyên thấy khuyên hàng không được, liền đưa ông xuống trại lính, cùm xích tay chân giam vào nhà lao. Một tháng sau, Pô La cho dẫn Văn Thiên Tường tới khu mật viện, tự mình thẩm vấn. Văn Thiên Tường bị lính đưa tới đại sảnh của khu mật viện, thấy Pô La ngồi chót vót trên cao, mặt đằng đằng sát khí. Văn Thiên Tường không thèm nhìn, cứ ưỡn ngực đi thẳng. Tả hữu ồ lên, quát bắt Văn Thiên Tường quì xuống, ông dứt khoát không chịu. Pô La thẹn quá hóa giận, sai lính ra tay. Bọn lính hầu đứa kéo đứa đẩy, ấn Văn Thiên Tường ngã quay ra đất. Pô La hỏi: "Ngươi còn gì để nói nữa không?".

Văn Thiên Tường thản nhiên nói: "Từ xưa tới nay, quốc gia lúc hưng lúc vong, đại thần bị bắt, bị giết, triều đình nào mà không có. Ta là bày tôi triều Tống, nay đã thất bại, chỉ mong sớm được chết mà thôi!".

Pô La sợ cuộc thẩm vấn đi vào bế tắc, cố lấy giọng hòa nhã, nói: "Từ thời Bàn Cổ tới nay, có bao nhiêu đế vương, ngươi hãy nói ta nghe?".

Văn Thiên Tường "hừm" 1 tiếng, nói: "Mười bảy bộ sử, biết nói từ đâu. Hôm nay ta tới đây không phải để dự thi. Còn lòng dạ nào để nói chuyện phiếm". (cho tới nay Trung Quốc đã có 25 bộ chính sử, mở đầu là bộ Sử ký của Tư Mã Thiên. Vào thời điểm này, mới có 17 bộ sử).

Pô La cụt hứng, liền xoay sang trách hỏi Văn Thiên Tường tại sao lại bỏ chạy khỏi Lâm An, tại sao lại tự tiện lập nên 2 vua (chỉ Triệu Tự, Triệu Bính). Văn Thiên Tường dùng lý lẽ bác bỏ từng điều. Cuối cùng, ông khảng khái tuyên bố: "Văn Thiên Tường ta hôm nay nằm trong tay các ngươi, đã chuẩn bị đón nhận cái chết từ lâu, hà tất phải dài lời nữa?".

Pô La nổi giận, sai lính lôi Văn Thiên Tường trở lại nhà giam. Hắn toan giết ông đi, nhưng Nguyên Thế Tổ sợ làm như vậy thì lòng dân không phục, nên không cho giết. Văn Thiên Tường bị giam trong 1 căn nhà đất, vừa thấp vừa chật, tối tăm ẩm thấp. Gặp ngày mưa, nước tràn đầy nền nhà; gặp trời nắng mặt đất bốc hơi, càng oi nóng ngột ngạt. Cạnh buồng giam 1 bên là nhà bếp của lính, 1 bên là kho lương thực cũ, nên luôn nồng nặc mùi ẩm mốc và khói bếp. Ngoài ra còn mùi phân người, mùi chuột chết, cực kì khó chịu. Văn Thiên Tường bị giam ở đây gần 3 năm trời, hoàn cảnh khắc nghiệt làm tiều tụy thân thể, nhưng không lay chuyển được ý chí của ông. Ông tin rằng, chỉ cần giữ được chính khí hạo nhiên yêu nước yêu dân, thì có thể chiến thắng mọi hoàn cảnh. Trong nhà lao, ông đã viết nên tác phẩm bất hủ "Chính khí ca", được ngàn đời truyền tụng. Trong tác phẩm thơ dài này, ông nêu lên 1 số tấm gương của các trung thần nghĩa sĩ trong lịch sử, đã giữ vững chính nghĩa, không sợ hy sinh và cho đó là biểu hiện của chính khí. Trong thơ, ông viết:

"Thiên địa hữu chính khí,

Tạp nhiên phú lưu hình.

Hạ tắc vi hà nhạc,

Thượng tắc vi nhất tinh.

Vu nhân viết hạo nhiên, 

Bái nhiên tắc thương mình.

....

Thời cùng tiết nãi hiện,

Nhất nhất thùy đan thanh."

(Trong khoảng trời đất có 1 loại chính khí, biểu hiện thành các loại vật thể. Ở dưới đất là núi sông, ở trên trời là tinh tú. Ở trong thân thể con người thì biểu hiện thành khí hạo nhiên, lấp đầy trong vũ trụ...Tới lúc nguy cấp, mới biểu hiện khí tiết của con người. Sự tích của họ, đều được ghi trong sử sách).

Văn Thiên Tường bị giam tới năm thứ 3, thì tại phủ Trung Sơn, Hà Bắc nổ ra 1 cuộc khởi nghĩa nông dân. Lãnh tụ quân khởi nghĩa tự xưng là dòng dói hoàng thất nhà Tống, tụ tập mấy ngàn người ngựa, kêu gọi dân chúng đánh vào Đại Đô, cứu Văn thừa tướng ra. Sự kiện này khiến triều Nguyên lo sợ. Nếu không giết Văn Thiên Tường đi, e sẽ sinh loạn lớn. Nhưng đến lúc này, Nguyên Thế Tổ Khu-bi-lai vẫn còn nuôi ảo vọng chiêu hàng, liền quyết định đích thân gặp Văn Thiên Tường. Một hôm, Văn Thiên Tường được dẫn từ nhà lao vào thẳng trong cung. Thấy Nguyên Thế Tổ, ông không chịu quì lạy mà chỉ vái. Nguyên Thế Tổ hỏi ông có cần nói gì nữa không. Văn Thiên Tường nói: "Tôi là tể tướng Đại Tống, đã hết lòng hết sức phù trợ triều đình. Nhưng đáng tiếc là bọn gian thần bán nước khiến người anh hùng như tôi không có đất dụng võ. Tôi không những không khôi phục được lãnh thổ, mà còn bị bắt và chịu nhục. Dù có chết đi, tôi vẫn chưa cam lòng". Nói rồi, nghiến răng kèn kẹt, không ngừng đấm vào ngực mình.

Nguyên Thế Tổ hòa nhã nói: "Lòng trung thành của khanh, trẫm rất hiểu. Nay tình hính đã khác, nếu khanh đổi ý tình nguyện làm tôi triều Nguyên, trẫm sẽ vẫn để khanh làm thừa tướng, ý khanh thế nào?".

Văn Thiên Tường khảng khái nói: "Tôi là thừa tướng triều Tống, sao có thể phục vụ hai triều. Nếu tôi không nhận lấy cái chết, thì còn mặt mũi nào gặp lại các trung thần liệt sĩ dưới suối vàng".

Nguyên Thế Tổ nói: "Khanh không muốn làm thừa tướng, thì làm Khu mật sứ (là chức quan đứng đầu văn võ trong triều), khanh thấy thế nào?".

Văn Thiên Tường trả lời như dao chém đá: "Tôi chỉ xin được chết. Ngoài ra không còn gì để nói nữa!".

Nguyên Thế Tổ biết rằng không thể khuyên hàng, liền sai thị vệ dẫn Văn Thiên Tường ra. Hôm sua, liền hạ lệnh mang ông ra xử tử. Hôm đó, gió bắc thét gào, mây đen dày đặc, pháp trường được bố phòng nghiêm ngặt. Dân chúng Đại Đô nghe tin Văn Thiên Tường sắp tựu nghĩa, liền tự động tập trung quanh pháp trường, trong chốc lát đã có hàng vạn người vây kín. Văn Thiên Tường đeo xiềng xích, thần sắc ung dung, được dẫn tới. Ông hỏi dân chúng xung quanh đâu là phương nam. Được dân chúng chỉ cho biết, Văn Thiên Tường hướng về phương nam, lạy mấy lạy, rồi ngồi ngay ngắn, nói với quan giám trảm: "Việc của ta đã xong rồi!".

Tháng giêng năm 1283, vị anh hùng dân tộc 47 tuổi đã oanh liệt hy sinh, biểu hiện chính khí hạo nhiên trong giờ phút nguy vong của dân tộc.