阿裏不哥公開即位和林與忽必烈對抗之勢形成後，李又借口南宋聚集兵力欲攻漣水，以及賈似道、呂文德來書，“辭甚悖傲”為由，要求給自己增加兵力，願意率兵渡淮攻宋。這一建議看起來是效忠於忽必烈，實際上是利用阿裏不哥事件，增強自己勢力的一個步驟。忽必烈當然也是很清楚的，他早在從鄂州退兵時，已決定與南宋保持和局，因此在當時要求渡淮攻宋，並不合忽必烈的戰略部署。而且當時阿裏不哥咄咄逼人，忽必烈汗位並不穩固，李在這種形勢下要求增兵、南進，其乘亂擴大自己的勢力的陰謀，怎能瞞得過忽必烈的眼睛，這一計劃當然為忽必烈所拒絕，令其“毋妄動”（《元史》卷206《李傳》）……但李另有所謀，一方麵以“宋人聚兵糧數十萬，列艦萬三千艘於許浦，以侵內郡”為由，要求忽必烈“選精騎，倍道來援，表裏協攻，乘機深入，江淮可圖”，另一方麵親自率兵攻宋，以造成既成事實。對此，忽必烈佯裝糊塗，虛與委蛇，對他的戰功，給“金符十七、銀符二十九”以示獎勵；“中書省議與（李軍）矢三萬”，忽必烈“詔給矢十萬”，極力穩住李。從正統元年到正統三年，李連年以防禦南宋為由，修繕益都城池，要求增調兵馬，擴大自己的軍權，向忽必烈要求調撥大量兵器糧食和賞賜。中統三年初，李自認反蒙自立的準備已經充分，令其留於上都做人質的兒子李彥簡逃回益都，四月突然起軍，盡殺蒙古戍軍，將漣（水）、海（寧）三城獻於南宋，以換取南宋的中立，自率大軍浮海北上，陷淄州（今臨淄），攻蒲台（今濱州市境），山東全境震動。但老百姓對這位向來橫行霸道的軍閥並不欣賞。“民聞反，皆入保城郭，或奔竄山穀，由是自益都至臨淄數百裏，寂無人聲”（《元史》卷206《李傳》）……
忽必烈早在中統二年末親征阿裏不哥時，就得知李心懷不軌的情報，在昔木土納戰役中取得勝利後，乘阿裏不哥北退之時，班師南歸，回到燕京，準備應付李的叛亂。中統三年二月，李正式舉起反旗，消息傳到燕京，忽必烈立即向全國詔告李反叛罪行，派軍征討。命水軍萬戶解成、張榮實，大名萬戶王文傒，萬戶嚴忠範率軍會於東平（今山東東平縣）；歸德萬戶邸浹、手元帥薛軍勝會於濱棣（今山東濱縣）；以親王不者總督諸軍，征討李。經數十戰，圍李於濟南，同時增派左丞相史天澤趕赴前線，總督諸軍，任總指揮之責，又任命不隻兒也不幹及平章趙璧為山東行中書省事。李在諸路大軍包圍下，堅守三月，城中食盡，人心離散，軍士紛紛縋城而出，城破在即，李被迫投大明湖自殺未遂被擒，為史天澤斬首於軍前。
李之變，其影響遠遠大於阿裏不哥之亂。為了鎮壓李，動用了自潼關以東、黃河以南所有蒙漢軍隊，幾乎動用了當時忽必烈所掌握總兵力的十之六七，戰事長達半年之久，南宋乘機奪去城池七座，山東、河北、遼西數千裏，均為之震動。這是忽必烈即位後遇到的又一大考驗和鬥爭。
李變亂事件，牽涉到了當時的平章政事、行中書省事王文統。王文統益都人，是李全的同鄉，早年“遍於諸侯，無所遇”，乃投靠於李，為李子李彥簡的老師，後王文統以女妻李，成為李的嶽父兼謀士。忽必烈未即位之前，已聽到他的大名，即位之初，即召見王文統並十分信任。當時初設中書省，以總內外百司之政，竟任命王文統為首任中書省平章政事，全麵負責行政事務。諸凡當時蒙古中央政府的一切設施，均由王文統負責和參與，史稱“元之立國，其規模法度，世謂出於文統之功為多”（《元史》卷206《李傳》）……但此人雖頗有才能，卻野心太大，不能容人，竇默等在忽必烈麵前曾說“此人學術不正，必禍天下，不可處以相位”。而忽必烈卻恪遵用人不疑，疑人不用的原則，對其深信不疑，並委以行政大權。李叛後，朝廷內外皆傳言是王文統教唆李反叛，忽必烈親自審問，王文統矢口否認，但承認他知道李欲反，而且有心要檢舉此事。忽必烈最後向其他漢臣征求對王文統的處理意見，竇默、姚樞等皆主張處死，王文統遂被殺頭。李有反心，王文統是清楚的，但是否參與了他的叛亂活動，似乎仍可討論，關於王文統與李共同謀反一事，史家似已定論，然疑點仍然不少。其一，李叛亂之前，其子彥簡由京師逃歸，如果王文統是同謀，即使李不幫助其嶽父、謀士從京師逃出，王文統自己也會逃出京師，不可能在京師等死。其二，在難於給王文統定罪時，“會遣人持文統三書自水至”，王文統的罪名主要是根據這三封信定的。然而《元史》說這三封信是由李派人送到朝廷的，這就使人百思不得其解，李為什麼會在起事不久，好端端出賣他的嶽父和同謀呢？其三，這三封信中隻有一句涉及謀反的話，即“期甲子”，對此，王文統有解釋，根據他的解釋，隻能說他知道李要謀反，還難以確定他是這次叛亂的同謀。是否就應論死，亦顯得有些草率。王文統最後落此下場，與他不能容人有很大關係，落井下石的可能是很大的。這樣一位深受忽必烈信任的人，被確認是李叛亂的同謀，對當時剛剛建立政權的蒙古統治者，無疑是非常巨大的震動，這對忽必烈以後對漢人的任用和看法，都有很大的影響。
李的叛亂，是忽必烈即汗位後遇到的第二個沉重的打擊，其嚴重性並不比阿裏不哥的叛亂輕。這是因為阿裏不哥叛亂的據點在漠北，本身經濟基礎差，兵力弱，支持他的各親王地處偏遠，不可能短期調集大量軍隊前來支援，他在中原勢力很小。而忽必烈依靠中原雄厚的經濟實力，充足的兵源和大批能征慣戰的部隊，特別是有大批對各方情況均十分了解的漢族謀士，在這一點上，優劣是很明顯的。而李叛亂就不一樣。李有苦心經營幾十年的根據地——山東，和裝備精良的幾十萬大軍，他可以利用對忽必烈威脅最大的南宋，給忽必烈造成巨大的損害，他的叛亂還可能引起漢族世侯們的觀望、效尤，甚至煽起內地漢族的民族情緒和騷動，引起連鎖反應，使忽必烈後院起火。因此忽必烈對此十分重視，並有幾分擔心。但是這一切沒有發生，反而是在漢族世侯為主的兵力鎮壓下，在不到半年的時間，李的叛亂就被消滅了。這就不能不探討一下它的深層次的原因。
李的叛亂活動，在當時情況下是一種反動，即逆曆史潮流而動的行為。
這場叛亂雖然主要是漢人領導，漢人為主，但它沒有民族性，它沒有提出任何民族方麵的要求。因為李從其祖父輩起，就是在女真族的統治之下成長的，他們雖曾投靠於南宋，但那並不是基於民族願望和利益的行為，而是為了自己的權勢。以後棄南宋投蒙古，那更是為了保存自家的勢力，尋找機會以求更大發展。所以他雖投靠蒙古政權，實際上卻利用南宋壓蒙古，利用蒙古壓南宋，從中漁利，以保存和擴大自己的勢力。因此，他們本身就不具備代表漢民族的性質。他們的行為當然也不具有反對蒙古政權壓迫、剝削的性質，因為他們本身就是剝削者、壓迫者，他們稱霸山東，對當地百姓和其他居民的壓迫、剝削，一點也不比其他蒙古官員輕。他們起兵反抗忽必烈的唯一目的，就是想擺脫蒙古政權的束縛，進一步擴大自己的勢力，稱王稱帝而已。他們這樣做，在當時隻能對剛剛趨於穩定的中原政治局麵，造成更大的震蕩，對剛剛有一定秩序的社會經濟和生活，再一次帶來更大破壞和紊亂。因此，他們的叛亂活動，得不到社會各階層的支持，也得不到漢族官員、世侯們的支持，其失敗當然也就是必然的了。
四、消除漢族世侯勢力
李之亂帶來的一個有深遠意義的事件，就是促使忽必烈下決心消除漢族世侯的勢力。在窩闊台、貴由、蒙哥時期，為了更多招來金朝、南宋官員，對擁有重兵的降將，皆允其保留兵權，占據地盤，甚至可以世襲其位。當時在山東益都的李全、濟南的張宏、東平的嚴忠濟就是這種稱霸一方的降將，他們握有重兵，各據一方，設有行省，世襲其職。這實際上也是蒙古草原貴族在中原地區沿襲分封諸貴族的傳統觀念，進行統治的一種老辦法，當然也是盡力爭取各種勢力歸附蒙古，為其所用的一種策略。而忽必烈一方麵在無可奈何的情況下，承認現實，另一方麵也在伺機廢除。因此當李叛亂被平定後，忽必烈乘亂取消了山東三家軍閥的世襲特權，削弱了一部分地方勢力。王文統事件，也給忽必烈留下了強烈的不良印象，此後他任命中央和地方官員時，民族成分越來越受到重視，漢族官員的地位和權力，受到很大影響和限製。
史天澤是當時漢族世侯中勢力最大的一個家族。他是今河北永清人，其父史秉直，家室富有，木華黎南征時，率鄉裏歸服。後其長子史天倪被授以萬戶，“統諸降卒”，並選“壯勇於人為義兵，號清樂軍”，隨木華黎南征北戰，多有功績，命為河北西路兵馬都元帥，後被叛將所殺。史天澤承其兄職為都元帥。窩闊台時，史天澤被任為“真定、河間、大名、東平、濟南五路萬戶”（《元史》卷155《史天澤傳》。）是當時漢軍三萬戶之一，開府真定。至蒙哥時，賜衛州（今河南汲縣）五城為分邑。忽必烈未即位之前，就十分賞識其才幹，推薦他為河南、陝西經略使，對擁立忽必烈為帝，起了舉足輕重的作用。忽必烈曾任其為中書右丞相，以後在平定阿裏不哥和李的叛亂中，都起了重大的作用。當時史氏家族成員，以史天澤為首，數十人列位朝中，掌握著中央和許多地方的軍政大權。李事件發生，當時一般認為是由於漢族諸將權太重、兵太專所致。忽必烈亦決意削弱諸漢族世侯的兵權，遂起用無世侯背景的董文炳，“代史氏兩萬戶為鄧州光化行軍萬戶、河南等路統軍副使”（《元史》卷156《董文炳傳》）……史天澤也已窺視到忽必烈的心意，為了使忽必烈放心，主動提出“兵民之官，不可並在一門”，並要求從史氏家族開始實行，當時主動解除兵權的史家子弟就達十七人之多。明代人祝允明著《前聞記》“李”條中記載，李被捉後，對審問他的張宏（張榮之孫）、嚴忠範（嚴實之子）及史天澤等說：“你每與我相約，卻又不來。”特別對史天澤說：“你有文書約俺起兵，何故背盟？”如果真有其事，史天澤等人就有瞞天過海之術，也無法掩蓋此事，忽必烈肚量再大也不可能繼續讓史天澤等人執掌兵權。因此，明人所記，違反常理，是不可信的。全麵考察史天澤父子所行所為，他們對蒙古統治者的態度與李父子對蒙古統治者的態度和關係，完全不同。史氏雖有權勢，但與蒙古統治者從無隔閡，南征北戰，令行禁止，並未形成獨霸一方、尾大不掉的割據態勢，他們與蒙古人，利益一致，休戚與共。而李自其父李全以來，雖是蒙古，卻與南宋藕斷絲連，擁兵自重，獨霸一方，以蒙古打南宋，挾南宋以威蒙古，並不與蒙古休戚與共，最後能起兵造反，正是他這一係列活動的必然結果。與史天澤同時被逐漸削去世侯地位的，還有幾位漢族世侯，其中比較重要的有：
在今河南東部、山東西部地區是漢族世侯嚴忠濟家族。嚴忠濟是今山東泰安長清人，其父嚴實，在金朝時“不治生產，喜交結，落魄裏社間”（《元史》卷148《嚴實傳》）……後從軍，為百戶，在抗擊南宋和蒙古的戰事中立功，被任命為長清尉、長清令。後歸降南宋，被任命為濟南治中，因武功，屢被升遷，於是太行以東，皆受其節製。1220年，蒙古軍在木華黎統帥下，在中原地區屢屢獲勝，嚴實“知宋不可恃”，挈所部以彰德（今河南安陽）、大名（河北大名）等河北、河南交界處三十餘萬戶，投降於木華黎軍前，被授予金紫光祿大夫、行尚書省事。後覲見窩闊台於和林，授東平路（治所在今山東東平縣）行軍萬戶。嚴實死後，由二子嚴忠濟襲職，其弟忠、忠範亦被任命為萬戶，於是在河南、山東之間，形成了嚴氏家族世侯集團。李叛亂被平定後，忽必烈將嚴忠濟調入大都做寓公，又免了其弟忠的萬戶，隻留忠範代其為萬戶，實際已將嚴家勢力的弱。
在今河北地區的漢族世侯是張柔家族。張柔易州定興人，金貞（1214—1217年）年間在河北聚結隊伍，保衛鄉裏。後被擢為定興令，累遷至昭毅大將軍、遙領永定軍節度使（今河北蠡縣），兼雄州（今河北雄縣）管內觀察使，權元帥左都監，行元帥府事，其政治、軍事地位已經很高。後更升至驃騎將軍、中都留守兼大興府尹、本路經略使、行元帥事。1218年與木華黎戰，兵敗被俘，遂以眾降，成吉思汗複其舊職。張柔率部南征北戰，不幾年，攻克“深（今河北深縣南）、冀（今河北冀縣）以北，真定（今河北正定）以東三十餘城”（《元史》卷147《張柔傳》。）被授於榮祿大夫、河北東西等路都元帥，號拔都魯，置官屬，世侯的地位已完全形成。此後隨窩闊台、貴由在滅金及平定中原各地的戰鬥中，確實起過重大作用。蒙哥即位後，移鎮亳州。忽必烈征南宋時，隨同攻鄂。忽必烈回師北上，命張柔統領前線蒙古、漢軍俟命。應該說，蒙古曆代大汗及忽必烈對他都十分信任，他也為蒙古統治者立過很大戰功。李叛後，張柔被召，入衛京師。中統二年他自己請“致仕”，由其第八子弘略襲職。次年也被解除兵權，宿衛京師。河北張柔家族世侯地位，實際上被取消。
在今山西、河北北部及四川成都，是劉柏林、劉黑馬家族的力量。劉柏林是濟南人，金末為威寧防城千戶。1212年降成吉思汗後，攻金西京有功，授西京留守，兼兵馬副元帥。以威寧（今內蒙古興和縣，與河北、山西相鄰）為駐地。其子劉黑馬，1222年襲父職，至窩闊台時，“充管把平陽（今山西臨汾）、宣德（今河北宣化）等路管軍萬戶仍僉太傅府事，總管漢軍”，是當時漢族三萬戶之首，深受窩闊台信任。1241年“改授都總管萬戶，統西京、河東、陝西諸軍萬戶”。1257年蒙哥設成都路，並命劉黑馬“管領新舊軍民小大諸務，賜號也可禿立”（《元史》卷149《劉伯林·劉黑馬傳》）……中統元年為“成都路軍民經略使總管萬戶”。李叛變時，劉黑馬亦病故。其子劉元振襲世職後，被逐漸削去兵權，“降為成都副萬戶”（《元史》卷149《劉元振傳》）……這是漢族世侯中最早被授萬戶的家族，也是被最早解除兵權的一個。