Cuối tháng 1 -1285, 50 vạn quân Nguyên do Thoát Hoan tổng chỉ huy tràn vào xâm lược Đại Việt. Sau một số trận chiến đấu chặn giặc ở vùng biên giới, Trần Quốc Tuấn cho lui quân về Vạn Kiếp (Chí Linh, Hải Dương).
Quân Thoát Hoan tập trung một lực lượng lớn tấn công vào Vạn Kiếp. Trước thế giặc mạnh, quân Trần lui về Thăng Long, sau đó rút về Thiên Trường (Nam Đinh). Nhân dân ở Thăng Long thực hiện lệnh "vườn không nhà trống" của triều đình.
Quân Thoát Hoan kéo vào chiếm Thăng Long trống vắng. Không dám đóng quân trong thành, chúng phải dựng doanh trại ở phía bắc sông Nhị (sông Hồng).
Toa Đô được lệnh từ Cham-pa đánh ra Nghệ An, Thanh Hoá. Thấy thế giặc mạnh, một số quý tộc nhà Trần đầu hàng giặc. Cuộc kháng chiến gặp rất nhiều khó khăn.
Cùng lúc đó, Thoát Hoan tự mình chỉ huy một lực lượng mạnh, mở cuộc tấn công lớn đánh xuống phía nam nhằm tạo thành thế "gọng kìm", hòng tiêu diệt quân chủ lực của ta và bắt sống toàn bộ đầu não của cuộc kháng chiến Trước tình thế nguy cấp, Trần Quốc Tuấn phải ra lệnh rút lui để củng cố lực lượng, chuẩn bị cho cuộc phản công tiêu diệt quân địch.
Bị thất bại trong âm mưu bắt sống vua Trần và tiêu diệt quân chủ lực của ta, Thoát Hoan rút quân về Thăng Long chờ tiếp viện. Quân Nguyên lâm vào tình thế bị động lại thiếu lương thực trầm trọng.
Tháng 5- 1285, lợi dụng thời cơ, quân Trần tổ chức phản công, đánh bại quân giặc ở nhiều nơi như Tây Kết, cửa Hàm Tử (Khoái Châu, Hưng Yên), bến Chương Dương (Thường Tín, Hà Nội) và tiến vào giải phóng Thăng Long.
Quân giặc hốt hoảng tháo chạy, bị quân Trần phục kích chặn đánh, nhiều tên bị giết. Thoát Hoan vất vả lắm mới chạy thoát về nước (tướng giặc là Lý Hằng hoảng sợ phải giấu Thoát Hoan vào ống đồng, bắt quân lính khiêng chạy)(1).
Vua Trần còn đem quân chặn đánh đạo quân của Toa Đô ở Tây Kết, hàng vạn quân giặc bị tiêu diệt. Tướng Toa Đô bị chém đầu.
Sau gần hai tháng phản công (tháng 5 và 6), quân dân nhà Trần đã đánh tan tành 50 vạn quân Nguyên, một đạo quân hùng mạnh bậc nhất thế giới hồi đó. Đất nước sạch bóng quân xâm lược, cả dân tộc ca khúc khải hoàn.
"Chương Dương cướp giáo giặc,
Hàm Tử bắt quân thù.
Thái bình nên gắng sức,
Non nước ấy ngàn thu".
Trần Quang Khải - Tụng giá hoàn kinh sư - (Phò giá về kinh - Bản dịch thơ của Trần Trọng Kim)