李璮不管这些，他要的是\"先下手为强\"。他派快马去南宋送信，说自己愿意\"以山东十三州降宋\"，求南宋封他个\"齐郡王\"，再派点援兵。南宋那边犹豫了半天，最后只给了个\"保信宁武军节度使\"的空名头，援兵？影子都没见着。
更尴尬的是，他原以为会响应的其他汉军世侯，全都按兵不动。真定（今河北正定）的史天泽把他的使者捆了送大都，东平（今山东东平）的严忠范直接闭城不出。李璮这才发现，自己成了孤家寡人——这场豪赌，他从一开始就押错了注。
忽必烈在大都接到李璮叛乱的消息时，正在跟郭守敬讨论新历法。他把奏报往案上一拍，盯着中书省平章政事史天泽说：\"史老将军，这李璮是你同乡，你说该怎么办？\"
史天泽赶紧跪下：\"此贼负恩反噬，臣愿领兵讨之！\"
忽必烈点点头，当即点了三路大军：一路由史天泽率蒙古军主力，从大都南下；一路由张弘范（后来灭南宋的那位）领汉军，从河南东进；还有一路由阿术（蒙古名将）率骑兵，堵在济南北边，断李璮的退路。三路大军加起来有十万人，而李璮手里的兵，满打满算也就五万。
至元五年三月，史天泽的大军抵达济南城下。李璮原本想趁蒙古军立足未稳冲出去拼一把，可刚打开城门，就被蒙古骑兵的箭雨射了回来。史天泽站在高处看了看济南城，对左右说：\"这城三面环水，只有北边一条陆路，咱不用打，围上三个月，他自己就得出来投降。\"
于是，蒙古军在济南城外挖了三道壕沟，筑起丈高的土墙，把城围得像铁桶。城里的粮食很快就不够了。刚开始，李璮还能让士兵每天吃两顿粗粮；一个月后，粗粮没了，只能煮战马吃；到了五月，战马也吃完了，城里开始出现人吃人的事。有士兵偷偷爬城墙想逃跑，被李璮的亲兵抓住，当场砍了脑袋挂在城门上——这时候的李璮，已经红了眼，像困在笼子里的野兽，见谁都想咬一口。
他派人突围去益都搬救兵，可使者刚跑出济南地界，就被蒙古军的巡逻队抓住了。从使者身上搜出的信里，李璮写着：\"城中粮尽，若益都援军不至，吾将自焚以谢天下。\"史天泽看完信，笑着对部将说：\"他哪是想自焚？是想让益都的人来送死。\"
果然，益都的守将见李璮快撑不住了，带着两万兵来救，结果刚走到临淄（今山东淄博），就被张弘范的汉军拦住。两边打了一天，益都兵全军覆没——这些人都是李家的私兵，平时跟着李璮吃香喝辣，真到拼命的时候，没一个能打的。
至元五年七月，济南城的西门突然打开，一群百姓举着白旗走出来，跪在蒙古军阵前哭喊：\"将军饶命！李璮把城里的粮食全抢光了，我们快饿死了！\"
史天泽知道，总攻的时机到了。他下令：\"抛石机准备，轰开北门！\"
随着一阵巨响，济南北门的城楼塌了半边。蒙古军像潮水一样涌进城，李璮带着残兵在巷子里死战，身上被砍了三刀，终于被活捉。史天泽亲自审问他，见他浑身是血还梗着脖子，忍不住骂道：\"你爹受蒙古厚恩，你却反叛，就不怕遭报应？\"
李璮吐了口血沫，笑道：\"我李家在山东四十年，老百姓认的是我李家，不是你们蒙古人！\"
史天泽懒得跟他废话，让人把他押下去。当晚，李璮趁看守不注意，用身上的铁链勒断了脖子。
叛乱平定后，史天泽把李璮的人头装在木匣里，快马送回大都。忽必烈看着那颗血淋淋的脑袋，半天没说话。第二天早朝，他把脑袋传示百官，冷冷地说：\"诸卿都看看，这就是拥兵自重的下场。\"
李璮之乱虽然只闹了五个月，却像一块巨石砸进元朝的朝堂，溅起的水花改变了大元的治国规矩。
最直接的变化，是汉军世侯的兵权被彻底收了。忽必烈下旨：\"汉军诸将，子弟不得世袭兵权；各州达鲁花赤（监临官），须由蒙古人或色目人担任。\"也就是说，汉族军阀再也不能把地盘当\"家产\"传给儿子，地方官的一把手，必须是蒙古人或西域人——这道圣旨，直接断了汉军世侯\"代代相传\"的念想。
更重要的是，忽必烈开始改革军制。他把原来分散在各地的汉军，整编为\"侍卫亲军\"，驻扎在大都周围，由枢密院直接管辖；又从蒙古各部抽调精锐，组成\"蒙古军都万户府\&quo