Trong chiến sự Đại Việt – Nguyên Mông, quân xâm lược tuy nhọc nhằn nhưng có sức mạnh vượt trội cả về quân số lẫn kinh nghiệm chinh chiến. Còn quân Đại Việt tuy có cái thế nhàn hạ nhưng phải lấy ít địch nhiều, lấy yếu chống mạnh. Hưng Đạo vương Trần Quốc Tuấn đã kiên trì theo đuổi một chiến lược lâu dài, buộc quân Nguyên phải sa lầy vào một thế trận dằn co dai dẳng, đa chiến tuyến. Khi đó, năng lực hậu cần của quân Nguyên sẽ bị thử thách và chúng sẽ phải dàn quân đối phó trên một chiến trường rộng lớn dẫn đến mất lợi thế binh lực tập trung.
Quân Nguyên sa lầy
Sau những cuộc truy đuổi rầm rộ ở vùng ven biển phía đông bắc Đại Việt, quân Nguyên một lần nữa vồ hụt vào khoảng trống. Đường Ngột Đải dẫn thủy quân Nguyên lùng sục vua Trần trên khắp một vùng biển rộng lớn một cách vô vọng. Lúc này, cả hai cánh quân của Thoát Hoan và Toa Đô đều đã cạn lương thực. Thoát Hoan không muốn cho Toa Đô hội quân vì sợ không chu cấp nổi lương thực. Y hạ lệnh cho Toa Đô đóng quân ở lộ Trường Yên để “tự kiếm lương ăn”. Mệnh lệnh này quả thực làm cho toàn bộ khối quân dưới trướng Toa Đô vô cùng thất vọng. Đội quân đã theo Toa Đô chinh chiến mấy năm ròng từ Chiêm Thành đến vùng trung tâm nước Đại Việt, chịu trăm ngàn gian khổ, lập được không ít công lao lại bị chủ soái Thoát Hoan bỏ mặc tự kiếm lương thực. Vì điều này mà tinh thần của binh lính dưới trướng Toa Đô xuống cực thấp. Thực hiện lệnh của Thoát Hoan, Toa Đô cho quân thả sức cướp bóc vô cùng tàn bạo, tiếp tục gây nhiều nợ máu đối với nhân dân Đại Việt. Dù chúng cướp bóc như thế, cũng không đủ để nuôi quân.
Về phần khối đại quân của Thoát Hoan cũng chẳng khá hơn khối quân của Toa Đô hơn là bao. Hắn không cho Toa Đô hội quân cũng là do không còn giải pháp nào khác. Lương thảo, khí giới của quân Nguyên trên tuyến đường vận chuyển từ trong nước chúng sang đến đại doanh của Thoát Hoan rất nhỏ giọt, lại bị đánh phá thường xuyên nên không đủ để cung cấp cho mấy chục vạn quân. Các đồn, trạm, đường hậu cần, đường liên lạc của quân Nguyên trở thành mục tiêu cho các toán quân nhỏ của Đại Việt thường xuyên tập kích, quấy rối. Cuộc xâm lược Đại Việt của quân Nguyên kể từ khi chúng vượt qua biên giới cho đến khi quân Đại Việt rút lui về Thanh Hóa đã kéo dài gần 3 tháng. Bấy giờ là vào cuối xuân đầu hạ, tiết trời dần chuyển sang oi ức. Quân Nguyên ngoài việc chịu khổ sở vì thiếu đói cũng bắt đầu xuống sức do không quen thủy thổ.
Sau khi chiếm được Thiên Trường, tả thừa Lý Hằng đã bàn với Thoát Hoan khuyên nên chia quân đóng giữ tại đây, tích lương xây thành để chiếm đóng lâu dài, đề phòng vua Trần trở lại khôi phục căn cứ địa. Tuy nhiên ý kiến này đã bị các tướng khác phản đối và bị chủ soái Thoát Hoan bác bỏ vì lo ngại càng chia quân nhiều nơi càng dàn mỏng lực lượng, dễ bị quân Đại Việt tập kích. Bấy giờ quân Nguyên đã không còn điều kiện để dàn quân kiểm soát nhiều vùng như trước, nhưng cũng không thể dồn ứa lại một chỗ để chịu đói. Thoát Hoan chia khối quân của mình thành một chuỗi đồn trại lớn nhỏ kéo dài từ Thăng Long đến các vùng Thiên Mạc, Khoái Châu nằm dọc theo sông Hồng với các đồn trại lớn là Chương Dương (thuộc Thường Tín, Hà Nội), Hàm Tử, Tây Kết (thuộc Khoái Châu, Hưng Yên), A Lỗ (ngã ba sông Luộc giáp với sông Hồng, thuộc thành phố Hưng Yên ngày nay)… Mục đích là để vừa có thể tỏa ra cướp bóc, vừa có thể ứng cứu cho nhau khi bị tấn công. Thoát Hoan đóng đại doanh ở Thăng Long chỉ huy toàn quân xâm lược.
Vua Trần ở Thanh Hóa
Khi Toa Đô tiến ra bắc hội quân với Thoát Hoan thì các lộ từ Thanh Hóa, Diễn Châu đến Nghệ An, Bố Chính, Thuận Hóa trở thành những vùng vắng bóng quân Nguyên. Hưng Đạo vương Trần Quốc Tuấn đã nắm được điều đó, khéo léo thực hiện một chiến dịch nghi binh, rút lui tài tình để đưa toàn quân vào đóng tại Thanh Hóa. Vào đến đây, triều đình và đại quân tạm thời được an toàn, có thời gian củng cố lại lực lượng, đồng thời tiếp tục kiên nhẫn chờ đợi sự suy kiệt của quân địch.Quân Đại Việt đóng gần mặt biển, chia quân đóng giữ các chỗ hiểm yếu để phòng quân Nguyên tấn công.
Vài ngày sau khi vua Trần đem quân vào Thanh Hóa rồi, Toa Đô mới dò biết được tung tích quân Đại Việt. Y bèn báo lên chủ soái Thoát Hoan. Nắm được tin tức, Thoát Hoan phái Ô Mã Nhi đem 60 chiến thuyền, 1.300 quân thủy phối hợp cùng khối quân của Toa Đô quay trở lại Thanh Hóa để tấn công quân Đại Việt. Lúc này quân của Toa Đô đã hết sức suy kiệt, chán nản vì thiếu thốn lương thực và những chặng đường hành quân dài ngày, khổ sở. Binh lính ở Trường Yên ì ạch kéo xuống Thanh Hóa. Tại đây, quân Nguyên gặp phải sự kháng cự của Thượng tướng thái sư – Chiêu Minh vương Trần Quang Khải. Lần này với thế và lực mới, Chiêu Minh vương đã nắm được ưu thế trên chiến trường. Trong tháng 4.1285, Toa Đô và Ô Mã Nhi giao chiến với Chiêu Minh vương Trần Quang Khải nhiều trận đều không thắng nổi.
Càng giằng co ở Thanh Hóa lâu ngày, Toa Đô và Ô Mã Nhi càng tuyệt vọng. Một mặt, quân của Chiêu Minh vương lấy thế quân nhàn hạ mà kiên trì phòng thủ, chắn ngang đường tiến quân của chúng, không sao đánh hạ nổi. Mặt khác, vùng Thanh Hóa bấy giờ thưa thớt hoang vu, lại ở quá xa hậu phương dẫn đến tình trạng đã đói khát trong quân của Toa Đô càng thêm trầm trọng. Không thể làm được gì hơn, Toa Đô cùng Ô Mã Nhi dẫn quân ngược ra bắc, đóng tại bến Tây Kết. Chỉ tại vùng trung tâm đồng bằng sông Hồng quân Nguyên mới có hy vọng cướp bóc lương thực trong dân. Nhưng điều đó là không hề dễ dàng với chúng vì hầu hết nhân dân thực hiện triệt để “vườn không nhà trống” và chống trả rất quyết liệt khi gặp phải quân giặc cướp bóc. Chiêu Minh vương không vội truy kích Toa Đô, bỏ mặc cho quân Nguyên tự suy yếu dần vì đói khát, bệnh tật.
Với sự che chắn vô cùng tốt của Chiêu Minh vương Trần Quang Khải, triều đình nhà Trần và toàn quân Đại Việt có được sự an toàn tuyệt đối tại Thanh Hóa, yên tâm dưỡng sức, tích lũy lương thực. Cũng nhờ vào thời bình kinh tế phát triển, có chuẩn bị kho tàng từ trước chiến tranh, quân Đại Việt có thể đi khắp nơi trong nước mà không bị thiếu thốn hậu cần. Thêm vào đó, nhân dân cả nước luôn sẵn sàng đóng góp để nuôi quân. Theo như lời thơ của vua Trần Nhân Tông là “Hoan Diễn do tồn thập vạn binh” (có thể là quân số mà vua Trần nói phao lên, thực tế chưa chắc đến 10 vạn), cộng thêm binh lực còn lại từ đồng bằng sông Hồng rút vào đây thì ước chừng quân chủ lực của Đại Việt vẫn còn khoảng hơn 20 vạn quân. Về số quân chủ lực, Đại Việt vẫn ít hơn quân Nguyên. Nhưng bấy giờ thế quân Đại Việt ngày càng lên cao, trong khi quân địch ngày càng yếu đi. Càng kéo dài thời gian, Thiên thời càng ủng hộ quân dân Đại Việt.