凱書已奏三邊捷，廟算全消萬里塵。
坐致太平今日事，中興寶運喜環循。
南宋也沒有真的光說不練，宋理宗令夏貴率軍北渡淮河，在淮東閫帥李庭芝的配合下，向北出擊，攻取了數個城池。
但隱憂已然冒出。李璮與夏貴兩軍似乎都沒有會師的意圖：李璮忙著攻打濟南，在山東境內攻城略地；夏貴則趁著蒙古人全力應付李璮的戰略視窗期，汲汲於收復失地，唯恐過度北上會遭遇蒙古人的主力。
李璮在意的是割據山東，夏貴熱衷的是渾水摸魚，兩軍的狀態更像各行其是，同床異夢，並沒有形成真正意義上的戰略呼應。當然，雙方很可能都對對方的真實意圖心知肚明，所謂的請降與納降都不過是權宜之計。但有一點是肯定的，蒙古人是他們共同的敵人。
在向南宋靠攏的同時，李璮傳檄于山東、河北，號召各地漢人世侯及漢將舉兵響應。站在李璮的立場上，忽必烈「削藩」勢所必至，世侯雖平日牴牾不斷，但在反削藩這一核心利益上休慼與共、唇亡齒寒，可說是共命運。
但問題是，李璮在這裡至少存在兩點誤判。其一，李璮高估了自己在世侯內部的號召力，他可能因為長年避戰，實力居世侯之首，但其威望與順天（今河北保定）張氏、真定史氏和東平嚴氏這些老牌世侯比起來，仍相形見絀；其二，各地世侯對蒙古削藩確有不滿，平日裡或許也是牢騷滿腹，與李璮聲氣相投，私下裡也少不了串聯勾兌，但抱怨歸抱怨，一旦真到了選邊站、動干戈之時，他們中的大多數還是會押寶蒙古人，他們對蒙古鐵騎的畏懼是深入骨髓的，沒有充分的把握，絕不會鋌而走險。
當然，此刻的李璮正躊躇滿志，「眼底山河，胸中事業，一聲長嘯」，以世侯領袖自居，哪裡想得到自己不久後淪為孤家寡人的窘境。
忽必烈聽聞李璮反訊，如臨深淵。李璮起兵對忽必烈不僅是一個軍事挑戰，也是一次嚴重的政治衝擊。畢竟，此時忽必烈建元中統剛剛一年多，致力營造的「中原正統」就遭到了漢人世侯的兵戎相見，對忽必烈作為中原皇帝的合法性而言是一次公開而莫大的羞辱。
忽必烈即刻叫停了對阿里不哥的追殲，回軍南向。運氣也站在了忽必烈的一邊，恰巧此時察合臺汗國的阿魯忽扣留了阿里不哥徵集的糧餉，激得阿里不哥含憤西征，令忽必烈可以心無旁騖地專力解決李璮問題。
忽必烈召來姚樞，問計於這位預見力驚人的戰略大師。姚樞推測，李璮下一步有上中下三策可供取捨：
使璮乘吾北征之釁，瀕海搗燕，閉關居庸，惶駭人心，為上策。與宋連和，負固持久，數擾邊，使吾罷於奔救，為中策。如出兵濟南，待山東諸侯應援，此成擒耳。
忽必烈追問：「今賊將安出？」姚樞斷言：「出下策。」
果不其然，李璮選來選去，偏偏就選了「下策」。但這倒也不能完全歸咎於他的顢頇短視，甚至可以說，李璮只是做出了他認知範圍內與現實環境雙重製約下的理性選擇。
所謂上策，趁忽必烈不在直搗燕京，李璮在《水龍吟》中也抒發了類似的志向（「穩穩百年燕趙」），但這頗有紙上談兵之嫌。就憑他這五六萬人，長途奔襲燕京，且不說戰馬夠不夠，野戰能力足不足，他就不怕被蒙古鐵騎全殲於燕雲曠野之中嗎？更何況，忽必烈大軍正全師南返，李璮北進不是自投虎口嗎？當然，突襲燕京也不是沒有機會，但其中醞釀的高風險幾乎就意味著孤注一擲了。
所謂中策，徹底依託南宋抗蒙，可能還意味著放棄益都退入南宋控制區。這單純就軍事而言是最優選，對南宋而言也是平添一支勁旅。但問題是，李璮起兵本就是為了割據自雄，獨霸益都，如果選擇了中策，連益都都要放棄，那麼李璮冒了這麼大的風險起事又是為何？
那麼，也只有下策了。就人們的選擇而言，最悲哀的並不是選錯，而是本來就沒得選。所謂自由選擇，很多時候只是自欺欺人的幻象而已。
再說，李璮的計劃也未必全無道理，如果各地世侯應聲而起，李璮的困局搖身變為滿盤皆活，火中取栗也未可知。這當然是賭博，但直搗燕京的上策也是賭，既然都是賭，也就難言孰高孰低了。
很遺憾，李璮的確賭輸了。
為了翦滅李璮，忽必烈動員了龐大的軍事力量，但「還是把主力的蒙古騎兵軍團安排到了對阿里不哥的戰鬥中去，只將儘可能少的蒙古騎兵派往對李璮的戰鬥前線」。作為替代的是，漢人世侯精銳盡出，據說僅在濟南一帶便集結了「十七路人馬」，其中甚至還有奉詔而至的高麗軍。忽必烈一面會攻李璮，一面還調順天世侯張柔、張弘範父子率部入衛燕京，根本沒有給李璮任何奇襲的機會。
面對圍攻，李璮寄予厚望的各地應援並未風靡雲湧，僅寥寥數人響應，且舉兵之初即事洩而敗，如太原路總管李毅奴哥和達魯花赤（地方軍政長官）戴曲薛，未及發難就被拘押。
李璮起兵甚至為山東父老所杯葛，可見其感召力之低下。據《元史·李璮傳》，「民聞璮反，皆入保城郭，或奔竄山谷，由是自益都至臨淄數百里，寂無人聲」。
據說李璮也聯絡過真定世侯史天澤共同起事，但就是這位大蒙古國右丞相，親自統率諸路軍馬將李璮堵於濟南城內。史天澤主張圍而不攻，打持久戰，《元史·史天澤傳》記載：「璮多譎而兵精，不宜力角，當以歲月斃之。」在此基礎上，部將建議「築外城圍之，深溝高壘」，史天澤無不應允。
打築壘戰，正是漢軍最擅長的作戰方式。
蒙古漢軍起初築城時，李璮還不以為意，還在做著共命運的春秋大夢，因此也未及時組織兵力襲擾蒙軍築城。五月，當外城合圍，李璮悔之已晚。
此前尚且沒有多少人響應李璮，而當李璮成甕中之鱉，敗象已露，世侯們不來參與圍攻就算是仁至義盡了，哪裡還能指望他們赴湯蹈火，定傾扶危。
六月，眼見李璮覆亡在即，此前只顧著收復失地的南宋終於動了起來。宋廷迅速派出了一支援軍，但領兵者竟只是一位叫青陽夢炎的新科武進士，或許南宋只是想擺出一個積極救援的姿態，以給李璮和朝野一個體面的交代。
不出所料，青陽夢炎率軍剛挺進山東境內，就因懼怕蒙古人，倉皇引兵南撤。所謂救援李璮的最後一次行動，就這麼兒戲地收場了。
無論是宋理宗，還是賈似道，可能都嚴重低估了救援李璮不力的災難性政治後果。李璮兵敗後，北方漢人真正看清了南宋的虛弱及涼薄，也不敢再對南宋報以反正歸宋的浪漫政治幻想，此後也再無任何一位接近李璮級別的人物叛蒙降宋。
圍城之初，李璮還心存幻想，作困獸之鬥。為提振士氣，李璮「取城中子女賞將士，以悅其心」；當糧餉日漸不支，又令軍士入民家就食，發掘百姓貯藏的糧食。至六月下旬，濟南城斷糧，甚至出現了人相食的地獄場景。
內無糧草，外無援兵，濟南守軍在絕望中人心離散，連李璮本人也槁形灰心，「日復昏沉沉」。
七月十三日，李璮決意作最後努力，整軍出城決戰，但惜乎士卒飢餓已久，根本無一戰之力，遭遇蒙古人一個反擊，便敗退入城。至此，濟南城破只是時間問題，李璮也徹底失去了對部隊的掌控力，守軍由是陸續「各什伯相結，縋城以出」，連李璮的心腹愛將也在其列。
七月二十日清晨，李璮自知大勢已去，遂遣散侍從親兵，而後手刃愛妾，孤身一人乘舟入大明湖，投河自盡，卻因水淺未死，為一老兵救起。但老兵並不是什麼身懷絕技的掃地僧，也不是什麼以死報恩的義士，他根本沒有助李璮逃走之意，而是反手將他交給了蒙古人換取贖金。
接著，李璮在蒙古軍營中一連見到了三位令他心心念唸的漢人世侯。第一位是濟南張氏的張宏，正是他接到老兵密報而生俘了李璮。第二位是東平嚴氏的嚴忠範。嚴忠範本想審問李璮，誰料卻被反將一軍：「你每與我相約，卻又不來。」嚴忠範聞之變色，當即刺了李璮肋下一刀。第三位是真定史氏的史天澤。史天澤問道：「忽必烈有甚虧你處？」李璮還是那句：「你有文書約俺起兵，何故背盟？」史天澤盛怒之下，唯恐洩露什麼世侯內部的隱秘，便「喚黃眼回回親兵砍去（李璮）兩臂，次除兩足，開食其心肝，割其肉，方斬首」。
至此，李璮之亂不到五個月，就以一次極其殘忍的虐殺而終結。