劉福通以汴梁（今河南開封）為中心，指揮和元軍的正麵戰場。三路北伐是大宋證權打過的最出名的一場戰役，基本上經過這次北伐之後，元軍折損殆盡，已經無力和義軍再作戰了。下麵講一下三路北伐的具體情況：
東路軍方麵，至正十六年十月，占據盱眙等地的趙君用攻占淮安，殺掉揚州的鎮南王，宋證權命趙君用為淮南行省平章。趙君用命其部將毛貴北上略海州（今江蘇連雲港西南）等地，受到元軍攻擊，毛貴奪取海船，由海道進入山東，於至正十七年二月取膠州。其後在不足兩個月時間內，毛貴連克萊州、益都、莒州等地，元廷急命湖廣行省左丞相太不花、知樞密院事孛蘭奚、同僉淮南行樞密院事董摶霄等鎮壓毛貴，但都被毛貴打敗了。宋證權在山東設益都等處行中書省，以毛貴為平章。毛貴立賓興院，選用故宮，命姬宗周等分守諸路，“又於萊州立三百六十屯田，每屯相去三十裏，造大車百輛，以挽運糧儲，官民田十止收二分，冬則陸運，夏則水運”。毛貴十分注意生產建設和經濟政策，為建設北伐基地作出了努力。於至正十七年七月，元鎮守黃河的義兵萬戶田豐也宣布起義，克濟寧路（今山東钜野），田豐成為東路軍中的另一支重要力量。
劉福通命毛貴聯合田豐盡取山東之地，北伐大都。至正十八年正月，田豐克東平路，使南北漕運中斷；而毛貴在益都西南的好石橋大敗孛蘭奚，孛蘭奚退至濟南，毛貴乘勝於二月初攻占濟南。至此，山東各地大部分被毛貴、田豐占領。
至正十八年二月，毛貴揮師北伐，進河北境，時升任河南行省右丞的董摶霄駐兵南皮之魏家莊。毛貴兵至，將其刺殺，遂北克清、滄二州，據長蘆鎮。三月，克薊州，兵至通州棗林、柳林，直逼大都。“京師人心大駭，在廷之臣，或勸乘輿北巡以避之，或勸遷都關陝，眾議紛紛。”但毛貴孤軍深入，元軍四方來援，至正十九年初，毛貴軍敗於劉哈剌不花，退回濟南。
毛貴北伐之時，田豐在山東奪取了東平、濟寧、東昌等地。所以，盡管毛貴北伐未能成功，但山東形勢還是有利於紅巾軍的。毛貴北伐大都失敗後返回山東，與田豐配合，其勢仍然很盛。東路軍發生逆轉是在至正十九年四月，這時淮安失守，趙君用逃奔毛貴，竟陰險地把毛貴殺死。毛貴的部將王士誠、續繼祖這時正在聯合中路軍北伐，這年七月，毛貴部將續繼祖從遼陽回益都，怒殺趙君用，這時王士誠也脫離中路軍返回山東。毛貴死後，接班人王士誠與田豐配合不到一塊，兩人開始在山東爭奪勢力範圍。田豐稱花馬王，王士誠稱掃地王，互相攻伐。
察罕帖木兒此時已經占領汴梁，得知山東紅巾軍自相攻殺後，決定大舉進攻山東。至正二十一年六月，察罕帖木兒在洛陽召集各路將領，商定發師進攻山東。元軍分兵五路，水陸並進，察罕的大軍到來以後，田豐、王士誠望風而降，聯合元軍鎮壓東路軍。由於不斷受到元軍的攻擊，山東紅巾軍失去濟南後，僅存益都這一座孤城。
答失八都魯，出身於蒙古珊竹帶氏功臣世家，地位在察罕帖木兒之上，但戰績遠在察罕帖木兒之下。答失八都魯被劉福通設計害死以後，察罕帖木兒自恃有功，對元廷和答失八都魯的兒子孛羅帖木兒頗為不滿。田豐在益都的南門紮營，頻頻前往察罕帖木兒的大營議事，見察罕帖木兒對待朝廷的大臣非常傲慢無禮，又見其對順帝施以心術，沒有一點忠臣的樣子，與王士誠私謀後，在一場飯局中埋伏武士將察罕帖木兒殺死，察罕帖木兒的養子擴廓帖木兒襲職。擴廓帖木兒以哀兵進攻益都，在至正二十二年十一月攻克益都，掏出了田豐、王士誠的心髒來祭奠養父，東路軍殘部投降元軍擴廓帖木兒，擴廓帖木兒後來被元朝封為中書平章政事。
中路軍方麵，至正十七年初，宋證權丞相之一的盛文鬱攻占曹州（今山東菏澤），宋證權有在曹州建立行省。是年夏，劉福遂命曹州行省聯合山東紅巾軍組織中路軍北伐山西。