李璮终于还是在中统三年二月反了，郝经把他对和宋的阻挠，上书报告给了忽必烈，“经奏其事于朝”，他这种“不顾大局”的行为，必然会让老忽对他不满。但李璮真正的压力应该来自于忽必烈。
忽必烈与以前的蒙古大汗有一个最大的不同点是，他要立足于中原，以汉地为统治中心。而过去蒙古帝国的大汗，他们生活的中心是在草原上，北中国只是他们统治的一个地区。每一个汉军万户，实际上都是天高皇帝远，由着他们玩。
从刘秉忠为忽必烈建开平城起，就昭示着蒙古帝国的重心，开始由游牧地区向农耕地区转移。而元大都、现北京城的建立，将标志着这个过程的完成。
可是，这个中心，即将建成的元大都，离李璮的地方王国山东，太近了。他又是所有汉军万户中，实力最强的一个，任何一个君主，都不可能允许自己身边有这样一个军事集团存在。他又不像张柔、史天泽等人，早早的就通过儒生，紧密地“团结”在忽必烈的周围。
元史中，忽必烈的另一个重要谋士，〈窦默列传〉记载：
世祖即位，召至上都，问曰：“朕欲求如唐魏征者，有其人乎？”默对曰：“犯颜谏诤刚毅不屈，则许衡其人也。深识远虑，有宰相才，则史天泽其人也。”天泽时宣抚河南，帝即召拜右丞相，以默为翰林侍讲学士。
由此可见，史天泽在朝中也有人，而张柔更有郝经的关系。因此，忽必烈将来是一定会首先对他动手，李璮不可能看不到这点。与其等着别人来收拾自己，还不如拼一把，更何况现在忽必烈自顾不暇。李璮的心理应该就是如此。
璮父子专制山东三十余年，其前后所奏凡数十事，皆恫疑虚喝，挟敌国以要朝廷，而自为完缮益兵计。闻帝自将讨阿里不哥，料内难非旦夕可平，反意遂决。
中统三年二月，乘忽必烈与阿里不哥征战之机，李璮密令做为人质的儿子李彦简溜回，随即杀涟、海三城的蒙古兵造反，献城于宋，先攻益都，后占济南。
“璮子彦简质于朝，僭为私驿，自益都至京师质子营。至是，彦简逃归。璮乃以涟、海三城献于宋，歼蒙古戍兵，引麾下还攻益都，陷之，发府库以犒其死党。遂寇薄台，陷淄州。”
忽必烈很快就命诸王合必赤总督诸军征讨李璮，同时从山东、河南、河北诸路调集汉军，齐聚济南地区。
帝下诏暴璮罪，发蒙古、汉军讨之。……以诸王合必赤总督诸军。已而真定、顺天、河间、平滦、大名、邢州、河南诸路兵皆至。
不久，忽必烈又诏命史天泽专征，节度诸将。务必灭李璮于济南。
帝又命右丞相史天泽督师，诸将皆受节度。五月，大军筑长围困之，璮自是不能复出，犹日夜拒守，取城中子女赏将士，以悦其心。且分军就食民家，发其盖藏以赡军食。然人情溃散，璮不能制，相率缒城以出。七月，璮知城且破，乃手刃爱妾，乘舟入大明湖，自投水中，水浅不得死，为官军所获，缚至合必赤帐前。史天泽言：“宜即戮之，以安人心。”遂与蒙古军官囊加台并伏诛。
宋帝国这边开始闻听李璮来降还不信，后来才安排了两路人马接应李璮。一路是陆上宋将夏贵，另一路是从海上。
景定三年，李璮以涟海三城来归，献山东郡县，请赎父过，仍遣总管李毅等传檄列郡。诏授李璮保信、宁武军节度使，督视京东、河北路军马，封齐郡王；复其父全官爵。升涟水军为安东州，东海县为东海军。李璮引麾下，具舟舰，还攻益都，入之，发府库以犒师，遂复淄州。
元史《张弘略列传》载：中统三年，李璮反，求救于宋将夏贵，贵自蕲乘虚北夺亳、滕、徐、宿、邳、沧、滨七州，新蔡、符离、蕲、利津四县，杀守将。
夏贵所占的地方，随后又都被北元夺回。这的确是我们帝国的一个失误，它再次失去了一个扩大自己战略纵深的机会。而从海上增援的宋军，他们绕过山东半岛，在滨州地区登陆，进至沧州。但领军主将青阳梦炎胆小如鼠，半途而废。
景定三年六月，戊子，朝廷闻李璮受围，给银五万两，下益都府犒军，遣青阳梦炎帅师援之。梦炎至山东，不敢进而还。
李璮起兵才四个多月就失败了，但他的所为对其他人，却产生了很大的影响。
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