此时的元朝已经在中原站稳脚跟，自视为中华正统，开始收复中原王朝的故土，而越南从秦始皇时候起就是中原王朝领土，忽必烈自然是要收复的。

越南陈仁宗得知后加紧备战，公元1287年2月，元军开始兵分几路进攻，开始势如破竹，后陈朝军通过切断元军补给挽回劣势，太上皇陈圣宗，陈仁宗御驾亲征，陈朝军士气旺盛，并在陈朝名将陈兴道的指挥下，至同年5月，元军节节败退，陈朝军大获全胜，后陈朝军乘胜追击，至公元1288年正月，元军退回国内，第三次元越战争结束。

1288年（元至元二十五年、越南重兴四年）元军失利后，元世祖仍不希望就此终止对越战争。第二年，元世祖仍打算向越南派兵，但因时间仓卒而未能继续。越南陈朝取得胜利后，随即派出使者入元，请求按前例向元朝朝贡

忽必烈准备不足，只得暂时应允和议，双方便恢复过往的宗藩关系。虽然忽必烈在去世前有意以越南国王不肯来朝为口实，再度兴兵侵越，但刚好因他的去世而计划终止。

中原王朝再度收复越南则是明成祖朱棣时期，而那时距离现在已经是一百年之后的事情了。

三次元越战争，均以越南陈朝胜利、中国元朝失败告终，横扫欧亚的蒙古大军居然在收复越南的战争中失败，确实让人意外，元世祖忽必烈心力交瘁，年事已高，只得寄希望后世子孙收复越南，自此没有再派兵攻打越南。

越南陈朝统治者也非常清楚自身乃是小国寡民，虽然取得战争胜利，仍然愿意向元朝朝贡，于是双方议和后继续保持宗藩关系，两国和平共处。

后世历史书上对元朝三战三退的原因作出分析：在第一次战争中，元军在越南逗留时间并不长，由于他们的作战目的，是为了从中国南方夹击南宋，令南宋早日就范，故而没必要久留越南。加上越南陈朝已主动向元朝称臣纳贡及请罪内附，而元朝军队又遇上皓热天气，未能以最佳状态应战，所以只好撤返。

在第二次战争中，越南陈朝有了第一次的作战经验，朝野上下同心同德，一同抗元，致使元朝大军遭受重创，这是元朝撤走的一因。另外，就是元朝军再次遇上天气炎热，军中蔓延病疫，因而北退。

第三次元越战争，元朝大军同样因气候炎热，大批军士染病，不得不撤军。而撤退途中，又遭遇越北各民族及陈兴道率领的越军所追击而遭受巨大损失，这些都不是最重要的，最重要的是国内因素，收复越南的战争加重民困，特别是广东一带，因为徭役加重而流民遍地，群盗并起，作为后勤供应的广东发生了混乱，前线自然不能安心作战。

忽必烈即位后的收复越南行动，跟隋炀帝杨广的三征高句丽一样，都是在于收复华夏故土的军事行动，可惜的是，忽必烈的去世，使得收复越南的行动终止，而越南在此之前是属于半脱离中央的割据状态，三次元越战争中央政府的失利，使得越南自此开始完全脱离中央政府而独立。