1257年(元宪宗七年、南宋宝祐五年)八月，归化寨主何屈传报称元朝派使者前来。九月，陈太宗下战令，命令左右将帅水陆并进日夜兼程前往边界集结，并由陈国峻统领。十一月，战令传达到全国，军民备战。
十二月十二日，蒙古军将领兀良合台从云南率领三军侵占大越国的平原地区。陈太宗亲行督战。而陈军起初较为弱势，太宗回视亲信，只有黎秦勇敢前行，单骑出入敌阵，神情自若。当时有人谏言陈太宗驻驿视战，黎秦建议先退避为好。陈太宗退避泸江，但后来仍不敌强大的元军，退守天幕江(在今越南兴安省)，国都升龙失陷。在这危急关头，太宗乘船向太尉陈日皎商讨对策，陈日皎却态度沮丧，在船边用手指点水，然后在船舷写“入宋”二字，表示不如投靠宋人。陈煚再问太师陈守度，陈守度的答案则是“臣首未至地，陛下无烦他虑”，表示仍愿意抵抗，使陈煚重拾战意。
十二月二十四日，陈煚及太子陈晃乘坐楼船，在东步头击败蒙古军队。蒙古军撤退到归化寨时，又遭寨主何俸召集南蛮人袭击，最终撤出大越。
蒙古军撤退途中，并未劫掠民物，被当地人称为“佛贼”。敌军退去后，陈太宗嘉奖了何俸等有功之臣;赐黎秦名“辅陈”，授他为御史大夫，还将昭圣公主(前陈太宗皇后)嫁给他。
战事结束，越南陈氏愿意向元朝入贡。经过一番商讨，1258年(元宪宗八年、南宋宝祐六年)，黎辅陈与周博览奉使入蒙古，与蒙古政府订下协议，规定越南每三年向蒙古进贡一次，并定为常例。
元军二次入侵
时间：(1284年—1285年)
1282年(元至元十九年、越南绍宝四年)八月，元朝右丞相唆都领兵五十万，以征占城为借口，预备侵越，十月，陈仁宗来到平滩，在陈舍湾会见王侯百官，共同讨论对元朝的攻守战略，以及分兵把守的策略等，封仁惠王陈庆馀为副都将军，太尉陈光启为上相太师。当时，陈仁宗认为怀文侯陈国瓒年少，不许预议。陈国瓒愤然捏碎了手中的橘子，但陈国瓒后来积极以赴，带领家奴和亲属约千人修缮武器和战船，并题“破强敌报皇恩”六字于旗上。在之后的与元朝军对战中，陈国瓒身先士卒，表现英勇。
1283年(元至元二十年、越南绍宝五年)七月，陈仁宗派遣中品黄于令、内书家阮章到元朝。在湖广见到元朝太子阿台、平章阿剌正在会合各处兵五十万，计划第二年进攻大越。陈仁宗随即作出部署，于该年十月，亲率王侯演练水、步兵，进封兴道王陈国峻为国公，统领全国军队，让他从全国的军校中选拔人才，加入合适兵队。
1284年(元至元二十一年、越南绍宝六年)八月，兴道王调集各路王侯的军队，在东歩头阅兵，并决定分兵把守东步头等战略要地。十一月，陈圣宗派遣陈甫到元朝荆湖行省，请求对方缓兵。十二月，陈甫从元回越，报称元世祖派脱欢、平章阿裏海牙等人领兵，假称攻占，实则分道侵越。上皇陈晃召集全国父老会于延洪堦，并询问大家的意见。国人都赞同与元朝一战。
脱欢、唆都的进兵
1284年(元至元二十一年、越南绍宝六年)十二月二十六日，元朝军队侵犯到永州内旁、铁略、支棱等关卡，越南陈军退至万劫津。陈兴道奉命调遣海东、云茶、巴点等地军民，选择勇者为前锋，过海来到南部。兴武王陈巘、明宪王陈蔚、兴让王陈国颡、兴智王陈岘率旁河、那岑、茶乡、安生、龙眼等地的20万军队来到万劫，由陈兴道调遣，以对抗元朝。陈兴道屯兵于北江地区。
1285年(元至元二十二年、越南重兴元年)正月六日，元朝将领乌马儿带兵进攻万劫、普赖山等地，越军败退。十二日，元朝军队进犯嘉林、武宁、东岸，抓获一批大越士兵，因见臂膀上皆墨刺“杀鞑”二字，于是大肆杀戮越兵，并追兵到东步头。二十八日，陈兴道安排上相太师陈光启驻守乂安，以御元朝将领唆都的进攻。
此时，部份越方贵族产生消极情绪。二月一日，靖国大王陈国康的儿子上位彰宪侯陈键，带僚属黎崱等投降元朝,唆都将他们送往元朝国都燕京，但行至麻六寨时，元朝军遭到谅江(在今越南北江省)土豪阮世禄、阮领等的袭击，陈键被陈兴道家奴阮地炉射杀。其后，黎崱带著陈键的屍体连夜骑马奔驰，将其葬在数十里外的丘温。
上皇陈晃为争取御敌的时间，便将安姿公主(圣宗最小的妹妹)送予元皇子脱欢。但战事仍持续不断。保义王陈平仲与元朝军对战于拖模洲(今慢橱洲)。陈平仲被擒后，敌人问他：“想去北方做王吗?”(《大越史记全书》原文：为北王乎。)，陈平仲答：“宁为南鬼、不为北王。”后来被杀。
此时元朝军的攻势咄咄逼人，陈圣宗和陈仁宗驾小舟退避到三峙源。
三月一日，陈圣宗和陈仁宗徒步来到水注，并乘船从南赵江(即水棠县)，过大旁海到达清化。上位文昭侯陈弄向脱欢投降，既而，昭国王陈益稷、以及范巨地、黎演、郑隆等人也向元朝投降。唆都率军50万至占城，在乌里州(现广治省)与其他元朝军会师，并占据了驩州、爱州(清化—乂安)，进驻于西结(约在现兴安省文江县东平社东结村)。
元军三次入侵
时间：(1287年—1288年)
元朝兴兵
1286年(元至元二十三年;越南重兴二年)二、三月间，元世祖敕令尚书省奥鲁赤、平章事乌马儿、大将张文虎调兵五十万，下令湖广制造战船三百艘，打算八月会师于钦州、廉州，并命令江浙、湖广、江西三行省的军队南侵越南，打算送陈益稷回越南，并立他为安南国王。
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六月，越南陈朝命令王侯宗室开始徵兵。陈仁宗问陈国峻：“今贼势何如。”，陈国峻回答：“我国太平日久、民不知兵、是以前年元人入寇、或有降避、赖祖宗威灵、陛下神武、克清胡尘、彼若又来、我士习于攻战、彼军惮于远行、且惩恒、瓘之败、无有斗心、以臣观之、破彼必矣。”
1287年(元至元二十四年;越南重兴三年)二月，元朝发江淮、江西、湖广三行省的元朝、汉南军，以及云南兵、海外四州黎兵，分道入侵越南。张文虎等跟随大军从海路运粮七十万石。设置征交趾行尚书省，奥鲁赤为平章事，乌马儿、樊楫总领政事，受镇南王节制。
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二十四日，命令禁军守卫泠泾关，兴德侯瓘将兵逆战，用毒箭射击元朝军，元朝军死伤甚重，退到武高关。二十八日，判首上位仁德侯璇在多某湾与元朝军对战，元朝军再次失败，越南军俘获敌军40人及舟船武器等。
云屯之役
1287年(元至元二十四年;越南重兴三年)二月十六日，陈仁宗诏命明字阮识统帅圣翊勇义军支援陈国峻，守卫大滩口。二十六日，越南军击败元朝军。三十日，元太子阿台与乌马儿会兵三十万侵犯万劫，既而顺流东下。元朝水军侵犯云屯，陈兴道委任仁惠王陈庆馀出战，庆馀失利。上皇陈晃得知后，派遣中使锁起庆馀回京。庆馀对中使说：“以军宪论、甘受罪谴、愿假二三日、以图后效、归伏斧櫍未晚。”陈庆馀料到敌军部队过后，往往跟随运船，于是带领残余部队待敌军到来。元朝军张文虎所率的运船果然随后而来，陈庆馀率军攻击，获胜，并俘获大量俘虏、军粮和武器。上皇圣宗得知后，释陈庆馀前罪。陈王让俘虏回元军营地报信并告知运船被截获的消息，之后，元军撤退。
越军反攻
1287年(元至元二十四年;越南重兴三年)三月五日，陈圣宗和陈仁宗在长安府击败元朝军队。
四月，陈仁宗命令昭成王、怀文侯陈国瓒、阮蒯带兵攻打西结，越南军由陈日燏指挥，在咸子关(现的兴安省文江县咸子社)与元朝军相遇。陈日燏的部队里有宋朝的遗民，穿著宋朝服饰，带著弓矢等武器来作战。上皇担心各路部队也许不懂分辨(元军与宋人部队)，命人教谕大家：“这是陈日燏部队的鞑人，大家要认清楚!”(大概是当时宋人与鞑人的语音衣著，在越南人看来比较相似。)元朝军看见，都惊呼有宋人来助战，便随即溃败。
五月七日，唆都由清化进军。十日，陈光启、陈国瓒、陈聪、阮可腊、阮传率各路民兵在升龙、章阳等处击溃元军，元军退至泸江。十七日，唆都与乌马儿率军自海路再次侵犯天幕江，游兵至扶宁县，该县辅导子何特与其弟何彰又将之击败。
五月二十日(阴历)，元朝军总管张显向越军投降，而越军又在西结击败元朝军，斩敌将唆都。夜半，乌马儿退过清化江口时，越军追击，俘获元朝军约五万人。乌马儿乘舟逃脱。至此，元朝军队连番失利，加以时值炎夏，军中爆发瘟疫，士气低落，打算北回。而越军乃乘此取得节节胜利。
而陈兴道则于万劫(位于今海阳省)击败脱欢、李恒部队，李恒被越军毒箭射杀，脱欢因得裨将李瓘率余部五万人保护而逃离。撤军时，被越南将领越军兴武王追击，李瓘中毒箭战死。元朝军最后撤回北方。
六月六日陈圣宗和陈仁宗回到京都升龙，上相陈光启作诗曰：“太平须致力，万古旧江山。”
白藤之役
1288年(元至元二十五年、越南重兴四年)正月，元朝军乌马儿率军进犯龙兴府。八日，越南军与其会战于大旁海外，越军缴获元朝军哨船300艘，首级10颗，元朝军士兵多数被淹死。
阴历二月十九日，乌马儿进犯安兴寨。三月八日，元朝军会师白藤江，等待张文虎的运粮船。然而，陈国峻已率军击败张文虎。先前，陈国峻让部下在白藤江植下木桩，并在上面覆盖丛草。当天涨潮时，越军主动出击并假装失败而撤退，元朝军追击，水落时，元朝军的战船不能行进，阮蒯率领圣翊勇义军击败元朝军，俘获敌将平章奥鲁赤。陈圣宗和陈仁宗也率军而来，大败元朝军，元朝士兵多溺死。张文虎率元朝军到来的时候，被两岸的越南军伏兵击败，而且潮退急速，张文虎的运粮船碰到越军事先埋的木桩而破沉，士兵也多数溺水而亡，越军缴获哨船四百馀艘。内明字杜衡俘获敌将乌马儿、昔戾基玉。脱欢和阿台领众遁归，思明土官黄诣擒之以献，陈圣宗和陈仁宗回龙兴府。十七日，俘元朝将领昔戾基玉、元帅乌马儿、参政岑段、樊楫田，各元帅、万户、千户献捷于昭陵。
越南陈帝进谒时作诗：社稷两回劳石马、山河千古奠金瓯。