Theo dấu Đức Thánh Trần 14

9 ngày sau, sau khi nghỉ ngơi củng cố lực lượng, quân Đại Việt từ sông Thiên Mạc mở đợt phản công đánh thẳng vào Đông Bộ Đầu, cửa ngõ vào thành Thăng Long. Lúc này thám báo trở về thành cấp báo, số lượng quân tiến đánh của Đại Việt hơn 3 vạn, tức là gần gấp đôi quân Nguyên Mông trong thành, trong khi lương thảo chỉ còn dùng được trong 3 ngày. Ngột Lương Hợp Thai lệnh cho quân lính chống trả quyết liệt, tìm mọi cách cướp lấy‍​‌‌‌​​‌‌​‌‌‌​‌​​​​‌‌‌​‌​​‌‌​‌‌​‌​‌‌​‌‌‌‌​‌‌​‌‌‌​​‌‌​​‌‌‌​​‌​‌‌​‌​‌‌‌​‌‌​​‌‌​​‌​‌​​‌​‌‌​‌​‌‌‌​‌​​​‌‌​‌​​‌​​‌‌‌​‌​​‌‌​​‌‌‌​‌‌‌​‌​‌​‌‌​​‌​‌​‌‌‌​​‌‌​‌‌‌​‌​​​​‌‌‌​‌​​​‌‌​​​‌​​‌‌​‌‌‌​​‌‌‌​​‌​​‌‌​​​‌​​‌‌​​‌‌​​‌‌​‌​​​​‌‌​‌​‌​​‌‌‌​​‌​​‌‌​‌​​​​‌‌​​​‌‍ lương thảo của quân Đại Việt mang vào hoàng thành, song càng đánh càng bất lợi, sau khi cầm cự trong thành 1 ngày, y ra lệnh toàn quân rút chạy khỏi thành Thăng Long, ngược theo sông Nhị Hà tiến về Đại Lí theo đường sông Thao. Do khi tiến quân vào Đại Việt, quân Mông Nguyên gặp vô số cạm bẫy dọc theo sông Chảy nên khi rút quân, Ngột Lương Hợp Thai không dám mạo hiểm về đường cũ mà lệnh chuyển sang hành trình trên sông Thao.

Xui xẻo thay, quân Đại Việt đã sớm đoán biết được, cạm bẫy cũng đã chuẩn bị xong. Các thủ lĩnh Hà Bổng, Hà Đặc lại 1 lần nữa chỉ huy quân dân tộc thiểu số phục kích đánh chặn. Trận này tổn thất hơn 6000 lính Mông Cổ và Đại Lí. Ước chừng sau khi ra khỏi đất Đại Việt, quân số chỉ còn 1 vạn 3 nghìn.