忽必烈是一个开明皇帝，明察秋毫，觉得刘整所言有理，也分析出在这种形式下，襄阳危在旦夕，刘整怎可能投降南宋，如有此图，更不会这个时候来京城，自投罗网。
忽必烈诏令刘整给李庭芝回信道:“整自受命以来，惟知督厉戎兵，举垂亡孤城耳。宋若果以生灵为念，当重遣信使，请命朝廷，顾为此小术，何益于事！”
忽必烈赏赐刘整，令其担任汉军及水军统帅。
忽必烈在关键时刻用人不疑，明辨是非曲直，戳穿并粉碎了李庭芝的反间计，确保了元军对襄樊总攻的顺利进行。
四、刘整愤而去世
至元九年（1272年）十一月，刘整与张禧等人建言:襄阳与樊城互为唇齿，先拿下樊城，断其声援。
忽必烈审时度势，同意这一建议，又命令把亦思马因所献回回巨石炮运到襄樊前线使用（此种回回炮出自西域，攻击力强，连最大的树木，也能一炮摧毁，炮石直径达数尺，坠地可陷入三四尺，威力无比）。
强攻樊城开始，刘整与阿术（蒙古军统帅）命令识水性的士兵下水锯掉汉水中的木柱，砍断铁索，焚烧连接襄阳与樊城之间的浮桥，切断襄阳守军对樊城的援襄通道。随后兵分五路发起攻击，张君佐亲自安装火炮摧毁樊城角楼;元将忙兀台率所部竖云梯于北岸，登柜子城，突破了西南角攻入城中;史弼率军鏖战十四日，从东北杀入城中，元军攻下樊城，守将范天顺手刃几名蒙古士卒后，自缢殉国，副将牛富亦率人拼死抵抗，城破仍率百余人与元军巷战，最后赴火殉节（不幸的是，元军入城后下令屠城）。
樊城一破，襄阳彻底成一座孤城，岌岌可危，忽必烈知道樊城拿下，威慑了襄阳守将吕文焕，动摇了他的意志，便派原宋将唐永坚持诏书入城谕降。
刘整与吕文焕仇恨太深，缘于至元九年正月，元军围襄阳，吕文焕登城观望，刘整跃马奋出邀战，被吕文焕城上伏弩射伤，刘整深记此仇，竭力主张武力踏平襄阳，“执文焕以快其意”，而参政阿里海牙表示反对。
至元十年（1273年），阿里海牙亲自到城下劝降吕文焕:“公以孤军御我数年，今鸟飞路绝。帝实嘉能忠而主信。降必尊官重赐，以劝方来，终不仇汝，置死所也。”并折箭向吕文焕发誓，吕文焕终于投降（吕文焕投降后，阿里海牙陪他朝觐忽必烈，果然受到优待，封为昭勇大将军，侍卫亲军都指挥使，襄汉大都督和行省参政，其麾下军将士卒也得到赏赐与安置）。
拿下襄樊，刘整入朝请命，愿率水军乘胜追击，杀过长江，直捣南宋老巢，忽必烈经过考虑，任刘整行淮西枢密院事驻正阳，而任命伯颜为灭宋主帅，让刘整内心愤愤不平。
至元十二年（公元1275年），刘整受命出击淮南，从东翼掩护伯颜率领的中军主力攻宋，刘整一心想乘胜率帅师渡江与中路大军争功，却被主帅伯颜阻拦，未能实现心中抱负，闻伯颜大军成功渡江，不禁悲愤痛苦地说:“首帅止战（伯颜阻挠他），顾使我成功后人（我的壮志成全了别人），善作者不必善成。果然（遗憾呀遗憾）！”
是夜，刘整积愤忧郁而死，年六十三岁。
忽必烈闻刘整死讯，赠龙虎卫上将军，中书右丞，谥号“武敏”。
后世人们谈到南宋灭亡，都痛骂刘整是叛徒，卖国贼，是他献主攻襄樊，又为元朝创建水军，造成南宋亡国。
其实这都是时人的偏见，纵使没有刘整，没有后来亡宋的张弘范，南宋政权已经腐败至极，奸臣弄权，亡国是必然的。
刘整只所以积极攻打南宋，献计献策，是发泄在南宋时受到的打击与排挤，那份委屈与不平，令他无法忍受。
