朝廷一直到十二月，聚集起来的兵力超过五十万。
而后于正月初一正式进攻安南，安南国内正处于陈朝，又闻蒙元残暴，惯常屠城，对此自然早有准备，军民上下一心、同仇敌忾，合兵超过三十万，把守要道以待来敌，占据地利与人和。
元军兵分六路，以镇南王九皇子脱欢为六军统帅。
战争打到一月底，元军进攻极顺，连克大片土地，一路自是毫无军纪，烧杀抢掠。
尤其见到安南军队臂膀上皆纹刻杀鞑二字，更是激起凶性，屡行杀俘屠城之事。
此等残暴作为，一时间令安南贵族心怀惴惴，不少人选择向元廷投降，然而却令安南百姓更加坚定下抗元决心。
安南国王陈晃为争取御敌的时间，便将安姿公主送予九皇子脱欢为妾，但战事未止。
直到三月，安南国再败，国都升龙府被二度攻破，国主与群臣退至占城，后世越南南部区域，此时北地已彻底沦陷。
以此时的安南而言，如同一次灭国之灾，不过有生力量仍在，依旧在图谋反击。
且因元军残暴，百姓更加拥护安南军队，藏入深山丛林四处袭扰游击。
三月底，右丞相唆都率军五十万至占城，在乌里州（现广治省）与其他元军会师。
此时天气已越发炎热，安南军队已不仅有人和与地利，兵法上的天时也倒向了他们一方。
且元军补给线拉长，屡遭当地豪强袭扰，粮草不济，再加上部分绕袭元军后翼的安南军队换上宋军服饰，让元军误以为南宋已经复国。
主力北军与南军交手数十年，对南军抵抗意志极为深刻，因此看到这副景象，居然大多数元军毫不怀疑，心中震恐。
即便如此，九皇子脱欢依旧执意攻打占城发动决战，此时因天气炎热，元军水土不服，军中产生疫疾，战斗力大幅下降。
同时亦因战马不耐炎热，大量病热而死，更使元军引以为傲的骑兵无力发挥。
多番因素影响下，决战中元军大败，九皇子脱欢不得已败中撤军。
五十万军队不经有效组织的进行后撤，很容易演变成为溃败。
安南军队趁此时机，自山地丛林中发起多路进攻，使撤退的元军终于陷入溃败。
右丞相唆都于撤退途中遇袭而死，曾经围困襄阳，战胜文天祥的元将李恒亦死于此地。
二征安南失败，令忽必烈极度暴怒，感觉到自身权威受到挑衅，下旨责罚九皇子脱欢，但依旧再给他一次机会。
令他于南方再次整合军队，再攻安南。
九皇子脱欢认为二征安南失败，皆因北人不适应安南炎热气候之故。