Hôm sau Trần Quốc Tuấn phân công lão tướng Bùi Khâm đem năm nghìn quân vây cánh Bắc, Hoài Đức vương Trần Bà Liệt lĩnh một vạn quân chặn suốt dải phía Tây. Đại tướng Trần Khuê Kình chỉ huy đại đội binh mã chặn mọi con đường xuống hướng Nam. Hẹn đêm hai ba tháng chạp táo quân lên chầu giời, gió Đông Bấc thổi mạnh, thấy lửa cháy ở Đông Bộ Đầu tất cả cùng tiến đánh. Các tướng lĩnh quân đi ngay. Quốc Tuấn lại gọi Trung Thành vương đến giao cho một trăm năm mươi thuyền nhẹ dặn cứ như thế như thế mà làm. Trung Thành vương lĩnh kế bước ra. Quốc Tuấn nói với Lê Tần:

- Phiền tướng quân trông coi cho đại đội binh thuyền, trong vòng mười ngày ắt phải dùng đến. Lúc ấy xin mời Quan gia cùng thái sư lên đài cao xem phá giặc.

A Truật cùng Bố Nhĩ Hải đóng quân trên bến Đông Bộ Đầu, ngày nào cũng bị binh thuyền quân Đại Việt tiến đánh nhưng khi đem quân ra nghênh địch, thuyền Đại Việt lại rút đi, ban đêm quân lính định ngủ, quân Việt đốt lửa hò reo tiến vào, đem binh ra, quân Việt đã đi đâu mất. Cứ như thế mấy ngày liền, quân Thát mất ăn mất ngủ sinh ra trễ nải việc canh phòng. Bọn Đa Xích Nãn, Lâm Tằng Cơ, Ngạch Vu Tháp không phá nổi vòng vây để đi tìm lương. Quân lính đào cả cây chuối, mò cá ốc ở hồ Lục Thuỷ lên ăn nhưng những thứ ấy cũng chẳng có nhiều nên ngựa bị thương hoặc ốm yếu phải đem ra làm thịt. Cốt Đãi Ngột Lang muốn điều quân của A Truật đi giúp bọn Nghạch Vu Tháp nhưng lại sợ mất Đông Bộ Đầu. Hoài Đô nói:

- Tình cảnh quân ta hiện nay muôn phần bi đát. Xin thống tướng hãy cử ngay sứ giả đến chỗ vua Nam, một là dụ chúng, hai là xem binh tình chúng thế nào. Nếu binh lực của chúng yếu, ta có thể dốc toàn lực đánh một trận mà diệt đi. Nếu quân lực của chúng mạnh mẽ, ta chiêu an cho chúng giảng hoà hoàn quốc. Như vậy ta có thể an toàn mang quân về nước hoặc sang Ngạc châu.

Cốt Đãi Ngột Lang đã chọn sứ giả nhưng còn dùng dằng chưa đi. Cánh quân bảo vệ phía Nam của Đoàn Hưng Trí hết sạch lương ăn, mò đi kiếm, bị dân binh Đại Việt đánh rát một trận, không dám thò đầu ra nữa. Ngày hai mươi tháng chạp, Trần Khuê Kình cho quân áp sát Mi Động, chia nhiều đội nhỏ, theo phép luân xa chiến thay nhau đêm nào cũng vào quấy phá nên quân Đoàn Hưng Trí vừa đói khổ, vừa lo chống cự không lúc nào được yên. Sau ba ngày căng thẳng không chịu nổi, Đoàn Hưng Trí dẫn quân chạy dồn cả về Đông Bộ Đầu làm tình hình trở nên rối loạn. Cốt Đãi Ngột Lang thấy vậy mới vội cho sứ đi thuyền nhỏ đến gặp quân Đại Việt. Trung Thành vương liền cho giải về Thiên Mạc gặp nhà vua. Lúc ấy Thái Tông đang họp bàn cùng Trần Thủ Độ và Trần Quốc Tuấn, thấy báo có sứ của Cốt Đãi Ngột Lang đến. Nhà vua hỏi:

- Có nên gặp sứ của chúng hay không?

Trần Quốc Tuấn nói:

- Quan gia cứ nên cho gặp xem ý tứ bọn chúng thế nào.

Nhà vua truyền cho sứ giả vào gặp. Hai sứ giả quân Thát thấy thuyền bè Đại Việt san sát liên tiếp mấy mươi dặm, hàng nào đội ấy rất tề chỉnh, có ý sợ nhưng vẫn nghênh ngang bước vào thuyền của nhà vua, không quỳ lạy mà chỉ cúi chào. Trần Quốc Tuấn quát:

- Quỳ xuống.

Sứ Thát vênh vang nói:

- Ta là sứ nước lớn không phải quỳ trước vua nước nhỏ.

Thái Tông nói:

- Các ngươi là đám quân ma đói mà vẫn còn hống hách thế ư? Võ sĩ đâu! Lôi hai tên này lên bờ chém cho ta.

Sứ Thát lúc ấy mới hoảng lên vội quỳ lạy xin tha mạng. Thái sư Trần Thủ Độ nói:

- Hai bên đang giao tranh cũng không nên chém sứ. Xin hoàng thượng tha tội chết cho chúng, xem chúng nói gì.

Thái Tông nói:

- Các ngươi đã biết tội thì ta tha chết cho, vậy có chuyện gì hãy nói đi.

Sứ Thát lắp bắp nói:

- Muôn tâu quốc vương! Thống tướng chúng tôi không muốn kéo dài việc chinh chiến nên muốn cùng quốc vương nghị hoà, xin hoàn quốc cho ngài. Hai bên bãi binh để quân sĩ đỡ hao tổn xương máu, chỉ xin quốc vương cho mượn đường lên phía Bắc thôi.

Thái Tông cười lớn nói:

- Thống tướng nhà ngươi nhân đức thế còn mang quân cố chết đến đây làm gì? Ai hoà với các ngươi mà nghị. Quân đâu! Lôi ra đánh mỗi tên hai mươi roi, trói đưa trả về, dạy cho Cốt Đãi Ngột Lang một bài học.

Chu Bác Lãm bảo hai sứ Thát:

- Đến nước này mà còn đòi nghị hoà, thống tướng nhà các ngươi hoá dại mất rồi.

Hai sứ Thát bị đánh đau quá, lại bị trói chặt vất nằm co quắp trong khoang thuyền, nhịn đói suốt cả ngày đưa về trả cho quân Thát ở Đông Bộ Đầu. A Truật cho cởi trói, dẫn vào Thăng Long gặp Cốt Đãi Ngột Lang. Sứ giả kể lại tình hình binh thế của Đại Việt rất lớn. Vua Đại Việt không chịu nghị hoà. Cốt Đãi Ngột Lang nghiến răng thét:

- Không nghị hoà ta cho chúng biết thế nào là chiến!

Trần Quốc Tuấn sau khi cho sứ Thát về, liền ra lệnh tiến binh. Đó là đêm hai mươi ba tháng chạp năm Nguyên Phong thứ bảy (Đinh Tỵ-28/01/1258). Lệnh cho lão tướng Bùi Khâm bỏ cửa phía Bắc không vây, đem quân lên phục trong cánh rừng phía Bắc hồ Dâm Đàm, khi nào giặc thua chạy về đấy đổ quân ra đánh. Lệnh cho Hoài Đức vương canh ba đem quân đánh vào cửa Tây thành.

Đại tướng Trần Khuê Kình chia ba nghìn quân cũng canh ba đánh vào phía Nam Thăng Long, còn đại binh theo ven sông lên phục ở phía Nam Đông Bộ Đầu khi nào thấy phía Bắc đốt lửa xông vào đánh. Thuỷ binh do Lê Tần, Trung Thành vương, Chu Bác Lãm tiến lên Nhị hà ngăn không cho quân Thát vượt sông sang tả ngạn, canh ba đốt lửa từ phía bắc thuận theo chiều gió đánh xuống. Thái Tông cùng Quốc Tuấn đem quân thánh dực đến bến Triều Đông dựng đài cao bên bờ sông quan sát. Thái sư Trần Thủ Độ tiếp ứng phía sau.

Hôm ấy Cốt Đãi Ngột Lang cho lính ở Đông Bộ Đầu đặt lưới bắt cá chép cúng ông Công ông Táo mong phù hộ kiếm được quân lương để bếp lính lúc nào cũng đỏ lửa. Lính tráng bảo nhau tết nhất đến nơi rồi, chả kiếm được cái gì mà ăn, không khéo chết đói hết. Tất cả các ao hồ trong thành Đại La đều bị khoắng đi khoắng lại đục ngầu để tìm cá, ốc. Cây chuối, rau lang cũng cắt sạch, cái gì người không thể nuốt được thì cho ngựa, cho trâu. Tình cảnh thật muôn phần ngao ngán.

Hoài Đô lên lầu cao quan sát rồi xuống, nói:

- Tôi xem các cánh rừng bên tả ngạn yên tĩnh, không có khói bụi, chắc quân Nam không chặn ngả ấy. Ngày mai nguyên soái nên dồn quân đánh sang mới có thể tìm được đường về.

Cốt Đãi Ngột Lang nói:

- Ta nghĩ khác. Đã đem quân đến đây, thiệt hại mấy vạn nhân mã lẽ nào lại về không. Ngày mai ngươi ở lại giữ thành. Ta sẽ đem quân đi phá vây, đánh xuống hướng Tây Nam thế nào cũng tìm được lương thực.

Nói xong cho lính đến Đông Bộ Đầu bảo A Truật sáng hôm sau đem năm nghìn quân vào thành cùng đi phá vây. A Truật bảo Bố Nhĩ Hải:

- Ngày mai tôi theo nguyên soái đi kiếm lương thực, ông ở nhà phải cẩn thận, không cho binh thuyền quân Nam đến gần thuỷ trại của ta. Nếu chúng tấn công hãy đốt lửa to lên, tôi sẽ đem binh về cứu.

Bố Nhĩ Hải nói:

- Tướng quân cứ yên lòng mà đi, cốt sao mau chóng tìm được quân lương, nếu không lòng quân sinh biến mất.

Đêm ấy A Truật cho quân ngủ yên để sáng mai đi sớm. Canh ba lính gác vào báo có quân Nam từ hướng Bắc đốt lửa tiến vào. A Truật bảo:

- Kệ chúng, đêm nào mà chả thế, chỉ có vài tên quấy rối vậy thôi, đại quân của chúng ở phía Nam cơ.

Nói chưa dứt lời lại có quân vào báo quân Nam đã phá cổng Bắc tràn vào trại rồi. A Truật, Bố Nhĩ Hải vội vã ra xem, thấy lửa từ phía Bắc theo gió bốc lên cuồn cuộn sáng rực trời đất. Lửa cháy vào tàu ngựa, những con ngựa chiến rứt cương chạy bổ tứ tung, giẫm đạp lên quân sĩ. Nhiều con không chạy được, chết cháy khét lẹt. Lính Thát nhốn nháo chạy quàng chạy xiên như ong vỡ tổ, dạt cả về hướng Nam. Bỗng pháo nổ liên thanh, một đạo quân Đại Việt từ hướng Nam đánh vào. Thấp thoáng trong ánh lửa, quân Thát nhận ra tướng Việt đi đầu là Trần Khuê Kình, vội vã chạy té cả ra phía bờ sông. Bố Nhĩ Hải xông ra ngăn Trần Khuê Kình. Đánh nhau mới được bốn năm hiệp, Bố Nhĩ Hải không địch nổi, quất ngựa bỏ chạy. Khuê Kình thúc quân xốc vào đánh phá, chém giết quân Thát không biết bao nhiêu mà kể.

Thuỷ binh của Lê Tần, Trung Thành vương, Chu Bác Lãm giăng kín mặt sông, đánh vào thuỷ trại quân Thát, đốt hết thuyền bè rồi thúc quân đánh lên bờ. Quân Thát không biết chạy đường nào, giày xéo lên nhau mà chết. Bố Nhĩ Hải đang chỉ huy một đám lính mở đường máu đánh về phía Bắc, gặp ngay Lê Tần chặn lại. Hải luống cuống bị Lê Tần chém một nhát rơi đầu, quân sĩ chạy tan cả. Hai bên đánh nhau đến sáng. Hơn hai vạn quân Thát đóng ở Đông Bộ Đầu chết gần hết, chỉ có A Truật dẫn mấy trăm kị binh cố sống cố chết chạy lên phía hồ Dâm Đàm. Mấy nghìn quân của Đoàn Hưng Trí mới từ Mi Động rút về, đóng ở bên trong mở cửa trại chạy vào Thăng Long, bị quân Việt đuổi đánh, xác chết đầy đường. Đoàn Hưng Trí không dám ngoảnh lại, cắm đầu cắm cổ chạy, may thoát được.

Trong khi ở Đông Bộ Đầu đang xảy ra giao tranh, lính Thát trong thành Thăng Long vẫn ngủ yên, lại than thở kêu khổ vì đói, quá canh ba bỗng thấy phía Tây và phía Nam thành lửa bốc lên ngùn ngụt, trống đánh, pháo nổ, quân sĩ reo hò vang trời dậy đất xông vào. Phía Đông, ánh lửa từ Đông Bộ Đầu chiếu đến, sáng rực cả một vùng. Cốt Đãi Ngột Lang, Hoài Đô chạy ra, quân sĩ khắp nơi đã náo loạn cả, liền thét bọn Nghạch Vu Tháp, Lâm Tằng Cơ trấn an quân sĩ giữ thành, lát sau thấy bọn Đoàn Hưng Trí chạy về gọi mở cửa. Cốt Đãi Ngột Lang cho vào. Đoàn Hưng Trí quỳ khóc, nói:

- Nguyên soái ôi! Đông Bộ Đầu mất rồi, quân lính tan nát hết cả. Thành này cũng không thể giữ được đâu. Xin nguyên soái lo liệu sớm đi.

Cốt Đãi Ngột Lang cau mày, hỏi:

- A Truật, Bố Nhĩ Hải đâu?

- Bố Nhĩ Hải chết rồi. Công tử A Truật không biết chạy đi đâu.

Hoài Đô nói:

- Tình thế không thể ở lại được nữa. Nay chỉ có cửa Bắc không có quân vây, xin nguyên soái cho chạy ra phía ấy. Cốt Đãi Ngột Lang hạ lệnh cho bọn Nghạch Vu Tháp, Đa Xích Nãn đem lính đi đốt phá cung điện dinh thự nhưng bọn này mải lo chạy nên chưa phá phách được nhiều. Cốt Đãi Ngột Lang cầm đại đao đi trước, dặn Hoài Đô cùng Lâm Tằng Cơ đi đoạn hậu, Đoàn Hưng Trí, Đa Xích Nãn, Nghạch Vu Tháp đi tả hữu. A Nhĩ Hải vết thương ở đầu chưa khỏi cũng nai nịt lên ngựa. Trời sáng rõ, quân Thát mở cửa Bắc chạy về hướng hồ Dâm Đàm định theo bờ sông mà đi.

Quân Đại Việt thấy quân Thát đã ra khỏi thành mới hò nhau đuổi đánh. Quân Thát cứ bặm môi chạy không dám quay lại, qua khỏi hồ Dâm Đàm có một con đường theo bờ sông ngược lên phía Bắc, một bên là rừng, một bên là bãi sông. Cốt Đãi Ngột Lang thúc quân đi cho nhanh bỗng một tướng Việt trong rừng xông ra cản đường, quát:

- Ta là Bùi Khâm đợi ở đây đã lâu. Tướng Thát không xuống hàng còn định chạy đi đâu.

Quân Thát bủn rủn cả chân tay, nhiều đứa ngã quỵ không đứng lên được. Cốt Đãi Ngột Lang lao vào đánh nhau với Bùi Khâm để mở đường. Đằng sau, Trần Khuê Kình đem quân khinh kỵ xốc tới. Phía Tây, Hoài Đức vương Trần Bà Liệt đánh áp vào. Dưới sông, thuỷ binh của Trung Thành vương hò reo đánh lên. Quân Thát bỏ đội ngũ, mạnh ai nấy chạy tứ tung. Cốt Đãi Ngột Lang thấy nguy đến nơi, không dám ham đánh, dẫn đám kỵ binh co giò chạy tháo thân. A Nhĩ Hải, Lâm Tằng Cơ bị vây không chạy được, đâm cổ tự tử. Hoài Đô, Đoàn Hưng Trí, Nghạch Vu Tháp, Đa Xích Nãn mỗi người chạy tán loạn một nơi. Quân sĩ bị chết rất nhiều, một số bị bắt hoặc buông vũ khí đầu hàng xin được sống. Hoài Đô chạy đến trưa tới bến Cổ Sở trên sông Đáy gặp Nghạch Vu Tháp dẫn một đội quân thất thểu đi tới. Tự nhiên con ngựa của Hoài Đô khuỵu chân không đi được nữa. Trong đám lính có đứa nói đây là điềm chẳng lành. Nghạch Vu Tháp bảo:

- Đã đến nông nỗi này còn có điềm gì xấu hơn được nữa, chẳng qua là nó đói quá không đi được. Chúng bay xẻ thịt ra nướng ăn cho đỡ đói, đưa con khác cho tướng quân đi.

Nghạch Vu Tháp quay về phía Hoài Đô, nói:

- Ở đây có nhiều làng mạc, để quân lính ăn xong, ta hợp binh lại đánh vào kiếm lấy ít lương thảo cho quân sĩ mang đi ăn đường.

Hoài Đô bảo:

- Chính tôi cũng đang nghĩ như vậy.

Quân sĩ lấy kiếm xẻ thịt ngựa nướng nhếu nháo, dâng lên cho Hoài Đô và Nghạch Vu Tháp. Ai nấy nhai trệu trạo nuốt vội nuốt vàng lấy mấy miếng cho tỉnh lại. Hoài Đô kiểm điểm quân số thấy có gần năm trăm người mới hò hét xông vào làng cướp phá, không ngờ dân ở đây đã biết trước, đặt rất nhiều hầm chông, bẫy đá. Lính Thát thụt xuống không lên được, kêu khóc như ri, lại bị dân binh bắn tên nỏ, nhiều kẻ đeo tên mà chạy. Mấy làng bên cạnh đem cơm gạo ra nhử nhưng quân Thát sợ mắc bẫy không dám cướp, cứ cắm đầu chạy miết. Một cô dân binh bảo:

- Đang đói mà chê cơm. Có lẽ bọn này là giặc phật!

Từ đấy người Việt có từ giặc phật để mỉa mai chỉ đám tàn quân Mông Thát bại trận mải chạy không dám cướp phá.