忽必烈不高兴，宣诏立陈遗爱为安南国王，准备发兵讨安南。
但安南并未明叛，元廷就以讨伐占城为名，要安南出兵出粮助战，还要“借道”安南。
占城是安南的附庸，陈日烜当然不gān，他一方面上表元朝哀求皇帝大慈大悲放过占城，一面暗中派两万兵及二百战船帮助占城抵抗元军。见安南如此“执迷不悟”，元世祖决定用兵。不久，陈日烜的弟弟陈璨向元朝荆湖行省写信，“自愿纳款归降”。元朝的荆湖行省右丞唆都也上奏：“jiāo趾（安南）与占腊、占城、云南、暹、缅诸国接壤，可即其地立省；及于越里、cháo州、毗兰三道屯军镇戌，因其粮饷以给士卒，庶免海道传输之劳。”
元军由忽必烈儿子镇南王脱欢率领，在至元二十一年向安南进发。当然，元军声称是借道安南攻占城，并要安南提供粮草支援。安南王不傻，下令其堂兄光道王陈峻提兵在边界戒候元军。元军两道进击，安南人也调兵拒守丘温（今琼山北）、丘急岭等隘路险关，元军过可离隘，在油板隘大败安南军，杀其大将。不久，元军又分六路攻击，陈峻不敌，慌忙遁逃，元军追至万劫，攻破诸隘，直bī富良江（今红河），并缚筏为桥，大败安南水陆军。安南军抵抗一阵后，不敌，皆败走。元军乘胜，直抵其都城升龙（今河内），安南王弃都而逃。
这位安南王也很有意思，败逃之余，他先自称“大越国王宪天体道大明光孝皇帝”，又改名为“陈威晃”，接着，他做惊人之举，自称太上皇，禅位于自己的儿子。而且，陈日烜还命人四处张贴告示，不许安南人投降。由于元军一向残bào，安南的百姓投降者甚寡，倒是王室宗亲及南宋败逃到这里的汉官有不少人入元营投降。
元军“自入其境，大小七战，取地二千余里、王宫四所”。陈日烜和他爸一样，不羞逃跑，反正安南水阔林密，往来走匿，和元军捉起了迷藏。最后，陈日烜的弟弟陈益稷“率其本宗与其妻子官吏来降”。
表面上看，元军形势大好，屡战屡胜，其实处境非常不妙。时至夏季，大军深入，久战兵疲，给养困难。安南兵“虽数败散，然增兵转多”，特别是当地的地形，“蒙古军马不能施其技”，崎岖湿滑，昔日战无不胜的蒙古铁骑根本不能施展。于是，诸将集议后，元军放弃升龙，渡江北岸，开始撤军。
回撤途中，安南军一路追堵截杀，元军或被杀、或溺死，损失惨重。
特别值得一提的是，láng狈撤退中，元朝名将李恒、唆都二人皆丧命。李恒是为了保护镇南王脱欢，自告奋勇率兵殿后，被安南人用毒箭she死。唆都不知元军主力回撤，领兵趋奔乾满江附近时，为安南军邀击，力战不支被杀。
李恒本西夏皇族，七岁时城陷被俘，被蒙古宗王收为养子。后来，在灭南宋战役中，李恒数败宋将，特别是在江西等地，追杀文天祥一部宋军不遗余力，并在厓山充当张弘范副手最终灭亡了南宋，可称是蒙古人的最得力鹰犬。李恒在安南撤退时，只是腿部中箭，但安南人使用了环保的“生物武器”，使得这位元将在思明州（今广西宁明）毒发身亡，时年五十。
唆都乃蒙古扎剌儿部人，骁勇善战，禁卫军出身。他在元朝平宋过程中获功不小，曾大败宋将范文虎的舟师，并随伯颜一路攻城掠地，直杀到临安城下，也曾当过主要负责监视文天祥的“馆伴”。张世杰在福州等地抗元，唆都在福建大肆杀人，兴化、漳州等地的居民全部被他屠杀一空。而后，他又率兵攻打cháo州，城陷后故伎重施，遍屠当地居民。后来，元朝攻占城，唆都率战船千艘出广州，把号称有众二十万的占城兵杀得大败，首战得捷，“斩首并溺死者五万余人”，百战良将，凶神恶煞，竟然也在仓皇撤军途中遭遇安南兵，浑身被捅成血窟窿。
从这两个大将之死，就可见出此次元军安南之役的损失之大。
本来，忽必烈已经设立征东行省，准备派众将三征日本，正是因为安南失利，忽必烈才不得已取消此次征日行动。元朝吏部尚书刘宣也力谏：
“近议复置征东行省，再兴日本之师，此役不息，安危系焉。唆都建伐占城，（阿里）海涯言平jiāo趾，三数年间，湖广、江西供给船只、军需、粮运，官民大扰；广东群盗并起，军兵远涉江海瘴毒之地，死伤过半，即日连兵未解。且jiāo趾（安南）与我接境，蕞尔小邦，遣亲王（脱欢）提兵深入，未见报功；唆都为贼所杀，自遗羞rǔ。况日本海洋万里，疆土阔远，非二国可比。今次出师，动众履险，纵不遇风，可致彼岸，倭国地广，徒众猥多，彼兵四集，我师无授，万一不利，欲发救兵，其能飞渡耶！隋伐高丽，三次大举，数见败北，丧师百万；唐太宗以英武自负，亲征高丽，虽取数城而还，徒增追悔。且高丽平壤诸城，皆居陆地，去中原不远，以二国之众加之，尚不能克，况日本僻在海隅，与中国相悬万里哉！”
安南之役的失败和刘宣一席话，其实也是一轮“神风”，又一次使倭国列岛免于灭顶之灾。
元军各行省军在潭州修整后，为报“奇耻大rǔ”，在至元二十三年（1285年）大举南伐，下命镇南王脱欢和左丞相阿里海涯平定安南后，扶投降元朝的陈益稷为安南国王。
六月，元朝大军一入境，安南王陈日烜“复弃城遁”，逃跑成习惯。
由于太子真金的病亡以及卢世荣被杀后元朝财力的捉襟见肘，忽必烈对安南之征心存犹豫。为此，吏部尚书刘宣又上言，指出：
“安南臣事已久，岁贡未尝愆期，往者用兵无功，疮痍未复，今又下令再征，闻者莫不恐惧。且jiāo、广炎瘴之地，毒气害人，甚于兵刃。今以七月会诸道兵于静江，比至安南，病死必众，缓急遇敌，何以应之？又，jiāo趾无粮，水路难通，不免陆运。兼无车牛驮载，一夫担米五斗，往还自食外，官得其半，若十万石用四十万人，止可供一二月军粮，搬载船料军需，通用五六十万众。广西、湖南，调度频数，民多离散，户令供役，亦不能办。况湖广密迩溪dòng，寇盗常多，万一jian人伺隙，大兵一出，乘虚生变，虽有留后人马，疲弱衰老，卒难应变。何不与彼中军官深知事体者，论量万全方略！不然，将复蹈前辙矣。”
元朝的湖广宣慰司也上奏说民力已尽，不胜其困，希望“俟来岁天时稍利”再南伐。思考后，忽必烈同意，下诏止军，暂停伐安南。
但是，转年正月（至元二十四年，1286年），元朝“发新附军千人从阿八赤讨安南。又诏发江淮、江西、湖广三省蒙古、汉军七万人，船五百艘，云南兵六千人，海外四州黎兵五千，海道运粮万户张文虎、费拱辰、陶大明运粮十七万石，分道以进”，并设征jiāo趾行尚省，由镇南王脱欢节制。
此次元军十万左右大军进攻安南，准备充足，水陆并进。除在思明州派人留守辎重外，脱欢自率一道兵马由东道女儿关入击，程鹏飞等人领兵从西道永平进攻，并令阿八赤率万余jīng兵为前锋军，直杀安南境内。元军水军从海道出发，在安邦口遭遇安南水军四百多艘，首战克捷，斩首四千多，活捉一百多，获敌船百余艘。获胜后，直趋安南。程鹏飞一军连夺老鼠关、陷河关、茨竹关，十七战全胜，杀伤安南军甚重。镇南王脱欢一军进bī茅罗港，安南的兴道王陈峻慌忙逃遁，元军攻克浮山寨。