十一月初五，元朝丞相孛羅親自開堂審問文天祥。
——文天祥被押到樞密院大堂，昂首而立，對孛羅僅行了個拱手禮。左右強令文天祥跪下，文天祥拒不跪下，孛羅令差官強自按壓文天祥跪倒；盡管一群走卒拳腳相加，文天祥卻竭力掙紮，被拽倒後還是拼死坐在地上，始終不肯屈服。孛羅問：“你現在已為階下囚，還有什麼可強硬的？”通事代傳後，文天祥答：“天下事有興有廢，自帝王以及將相，滅亡誅戮，何代沒有？我為宋盡忠，才有今天！”孛羅道：“你說有興有廢，試問盤古至今，有幾帝幾王。”文天祥道：“一部十七史，從何處說起，我今日非應考博學鴻詞，何必泛論。”孛羅道：“你不肯說興廢事，倒也罷了。但你既奉了主命，把宗廟土地與人，為何又要逃去？”文天祥道：“奉國與人，是謂賣國，賣國的人只知求榮，還肯逃去麼？我前除宰相不拜，奉使軍前，即被拘執。已而，賊臣獻國，國亡當死。但因度宗二子猶在浙東，老母亦尚在粵，是以忍死奔歸。”孛羅又道：“你們既已先棄德祐嗣君趙隰），後又另立二王趙昰、趙昺）；所謂‘忠臣不事二主’，你們都已侍奉三位主子了，試問何忠之有？”文天祥答：“古人有言：社稷為重，君為輕，我別立君主，無非為社稷計。從懷愍而北非忠，從元帝為忠，從徽欽而北非忠，從高宗為忠。”孛羅幾不能答，忽又說道：“晉元帝、宋高宗，皆有所受命，你立二王，並非正道，莫不是圖篡不成？”文天祥大聲道：“景炎乃度宗長子，德祐親兄，難道是不正麼？德祐去位，景炎乃立，難道是圖篡麼？陳丞相承太後命，奉二王出宮，難道是無所受命麼？”說得孛羅面紅耳赤，惱差成怒道：“那你立二王，究有何功？”文天祥答：“立君所以存宗社，存一日盡臣子一日的責任，管什麼有功無功！”孛羅道：“既知無功，何必再立？”文天祥亦憤憤地道：“你亦有君主，你亦有父母，譬如父母有疾，明知年老將死，斷沒有不下藥的道理，總教我盡我心，方始無愧。若有效與否，聽諸天命。天祥今日一死報國，何必多言！”孛羅大發雷霆，道：“你要死？我偏不讓你死！我要把你關在這裡，直到你怕了為止！”文天祥毫不畏懼，凜然道：“我願為正義而死，關押我也不怕！”
元廷知道文天祥是錚錚鐵漢，言辭不能易其心志，於是開始在牢獄中折磨他。
文天祥安之若素，在獄中精編自己的詩集《指南後錄》，又集杜詩二百首，並作題記。其中“《正氣歌》並序”約略載有他在牢獄中的遭遇：
【序】：餘囚北庭，坐一土室，室廣八尺，深可四尋，單扉低小，白間短窄，汙下而幽暗。當此夏日，諸氣萃然：雨潦四集，浮動床幾，時則為水氣；塗泥半朝，蒸漚歷瀾，時則為土氣；乍晴暴熱，風道四塞，時則為日氣；簷陰薪爨，助長炎虐，時則為火氣；倉腐寄頓，陳陳逼人，時則為米氣；駢肩雜沓，腥臊汗垢，時則為人氣；或圊溷、或毀屍、或腐鼠，惡氣雜出，時則為穢氣。疊是數氣，當之者鮮不為厲。而予以孱弱，俯仰其間，於茲二年矣，幸而無恙，是殆有養致然爾。然亦安知所養何哉？孟子曰：“吾善養吾浩然之氣。”彼氣有七，吾氣有一，以一敵七，吾何患焉！況浩然者，乃天地之正氣也，作正氣歌一首。
【正氣歌】：
天地有正氣，雜然賦流形。下則為河嶽，上則為日星。於人曰浩然，沛乎塞蒼冥。
皇路當清夷，含和吐明庭。時窮節乃見，一一垂丹青：在齊太史簡，在晉董狐筆。
在秦張良椎，在漢蘇武節；為嚴將軍頭，為嵇侍中血，為張睢陽齒，為顏常山舌；
或為遼東帽，清操厲冰雪；或為出師表，鬼神泣壯烈。或為渡江楫，慷慨吞胡羯，
或為擊賊笏，逆豎頭破裂。是氣所磅礴，凜然萬古存。當其貫日月，生死安足論！
地維賴以立，天柱賴以尊。三綱實繫命，道義為之根。磋餘遘陽九，隸也實不力。
楚囚纓其冠，傳車送窮北。鼎鑊甘如餡，求之不可得。陰房冥鬼火，春院閟天黑。
牛驥同一皂，雞棲鳳凰食。一朝蒙霧露，分作溝中瘠。如此再寒暑，百沴自辟易。
哀哉沮洳場，為我安樂國。豈有他謬巧，陰陽不能賊！顧此耿耿在，仰視浮雲白。
悠悠我心憂，蒼天曷有極！哲人日已遠，典刑在夙昔。風簷展書讀，古道照顏色。
大抵元廷是想將文天祥折磨致死的，可是，令他們始料未及的，卻是在這樣一個悶、濕、黴、臭，簡直使人無法忍受的土牢裡，文天祥雖然瘦得皮包骨頭，已顯老態龍鐘，左眼已經看不清東西，接近失明外，倒也無災無病，一直活了下來；當然，連他自己也覺得奇怪。只是後來他忽然悟出了真諦：因為自己有精神上的修養，這就是孟子所說的“吾善養吾浩然之氣”；而這種浩然之氣，就是天地間的正氣。有這種正氣，就可以戰勝種種邪氣。於是文天祥提筆寫下了這篇氣壯山河、千古不朽的《正氣歌》！
在《正氣歌》中，文天祥高歌正氣，一連列舉了十二位名垂青史的節烈之士：
有直書“崔杼弒其君”，以致於兄弟連續被崔杼殺掉的齊國太史；
有直書“趙盾弒其君”的晉國太史董狐；
有以鐵椎行刺秦始皇於博浪沙，卻誤中副車的張良；
有牧羊北海，持漢使者之節十九年不屈的蘇武；
有宣稱“蜀中有斷頭將軍，無降將軍”的嚴顏；
有為保衛皇帝而死，血濺帝衣的晉侍中嵇紹；
有督戰時罵敵，“嚼齒皆碎”的睢陽太守張巡；
有被執後罵敵不止，被割舌而死的常山太守顏杲卿；
有清操自勵，隱居遼東，連衣冠都為當世仿效的管寧；
有作《出師表》，甘願“鞠躬盡瘁，死而後已”的諸葛亮；
有中流擊楫、誓清中原的祖逖；
有取笏擊篡位者朱泚，致其頭破血流的段秀實。
這些先賢，或以道德傳世，或以功業立名，或以一死報國，而文天祥自誓以他們為榜樣，圖存人間浩然之氣。
孟子曰：“生於憂患，死於安樂。”信矣！
