而此時征北的宋軍‘退卻’，鎮南王歡脫連遭敗績，雖然阿裏海牙為其頂了罪，但是依然麵臨失寵的危險，為了彰顯自己的能力，主動要求前去征討安南獲得忽必烈的批準。正當他調集兵馬的時候，卻被安南的探子偵知。在戰爭一觸即發的情形下，升龍朝廷加緊施行兩麵手法。八月，陳國峻集合各路陳氏王侯軍隊，在東步頭閱兵，決定分兵把守各處要衝。十一月，上皇陳聖宗派大夫陳甫、陳鈞赴荊湖占城行省，請求緩師，元朝官員不允。
十二月，陳甫返回河內，向陳朝君主報告說元朝的鎮南王等人假稱征討占城執意要通過越境。陳氏再次派出兩撥使臣，其中段晏、黎貴直接赴北京進貢，向元世祖麵庭申辯，乞求元廷佑護越南生靈免遭塗炭，但此時歡脫率軍已發，以勢無挽回，段晏、黎貴反被質留於大都。
元軍分成兩隊向越南邊境開進，西邊一路由萬戶孛羅哈達兒等人率領，指向丘急嶺方向；東邊一路元軍為主力，由萬戶李邦憲任先鋒，鎮南王脫歡親統後軍，指向可利隘方向。到此時為止，元軍一直打著過境越南征討占婆的幌子，尚不能斷定陳朝是否會抗拒“官軍”。
但是，歡脫很快就明白了，元軍在各處均遭越軍陰擊，隻能強行奪路，武力通行，元王朝與大越帝國的第二次戰爭爆發了，脫歡大怒，立即率軍攻打紅河防線。正月九日，元、越軍隔紅河展開激戰，紅河防線被突破後，升龍城已無險可守，好在安南國王對此早有準備，爺倆兒憑借著在第一次抗蒙戰爭中積累起來的逃跑經驗，動作麻利，很快將京城的朝廷、倉庫、百姓撤空，將一座空城留給了入侵者，同時改變戰術與元軍打起了遊擊戰。
元軍雖數敗越軍，攻占河內，但戰爭總體形勢並不樂觀。蒙元軍隊自滅宋戰爭以來，部隊中的漢兵漢將日益增多，以至遠遠超過蒙古士兵，成為元軍主力。漢軍作戰曆來重視補給，依賴糧秣，這次元軍入越，隻能一改過去長驅直入的辦法，隻能采取步步為營，穩定後方的辦法，從永平到河內，遍設軍寨、驛站，派兵駐守。
但是這種做法增加了元軍集中與分散的矛盾，限製了元軍快速機動的作戰特點。元軍雖然在萬劫和紅河兩次擊破越軍重兵，但都屬於擊潰戰而非殲滅戰，越軍士兵大都從戰場逃生，這些殘兵敗卒重新聚集起來，很快就又成為元軍的巨大威脅。
歡脫及眾將認為必需加大戰爭力度，迫使陳家朝廷就範，最好是能捉獲陳朝君主，戰爭才有望順利結束。於是脫歡命令萬戶孛羅哈達兒率水步軍、左丞李恒、烏馬兒等率水軍追擊逃跑的陳王，同時傳令給雲南平章納速剌丁，命他統本部兵馬入越參戰，又通知大在占婆駐紮唆都提兵北上，計劃對陳家朝廷實行南北夾擊……
趙昺雖然未能把握細節，但是通過事務局還是獲知了雙方交戰的概況，還有許多是那些跟著陳宜中逃到占城軍民帶回來的。他們客居占城日子也並不好過，盡管他們協助其抵禦元軍的入侵，付出了犧牲，但是仍被占城人視為下等人和炮灰。眼看占城節節敗退，他們也意識到占城是待不下去了，於是不少人設法到了瓊州。
對於這些回流的人，趙昺並沒有秋後算賬，而是妥善進行了安置，當然想要當官還得經過考驗。但從他們帶回的唆都北上的消息，他就知道這已經成為戰爭轉折的關鍵點。趙昺以為在此之前元軍的策略還是對的，元軍始終保持著戰爭的主動性，無論是尋求殲滅敵軍主力，還是意圖捉獲陳家二帝，都和現代戰爭中的速戰及斬首戰術相契合。
但元軍還是輕視遊擊戰的作用，無奈的陳王朝上自皇帝下至小兵似乎都諳熟五花八門的逃命術，一俟戰事不利，他們或竄入莽莽原林，或藏身地形複雜的險山，或浮舟入海。蒙古人從沒有見過這種戰術，就猶如一頭暴怒的獅子，左顧右盼，卻找不到一個目標，與美帝陷入了同樣的困境，尤其是在古代科技不發達的條件下是難以堅持的。