1262年，正当忽必烈与阿里不哥争夺汗位，杀得难解难分之时，忽报汉地变起，李璮在山东叛乱，尽杀蒙古戍卒，率五万余人自海上北归登岸，攻打益都、蒲台、淄州等地。忽必烈一听，即疾驰南返，他知道，李璮是汉地实力最强大的世侯，他这一反，比自己的弟弟祸乱还要危险，这是关系到整个汉地政局安危的头等大事。
整治汉人，当然更应该听取汉人的意见，在回大都的路上，忽必烈与姚枢促膝长谈，商讨如何对付李璮的谋反。
姚枢说道：“皇上不必担心，臣下以为，竖子做事，缺乏思虑，当不足为患！”
忽必烈说道：“何以见得？”
姚枢说：“摇摆不定，不能获信；狂妄自大，不能恤人；奸邪狠毒，没有帮手；头脑简单，缺乏计谋。”
忽必烈笑着说：“先生能否说得详细些？”
姚枢说道：“皇上，你只要了解他们父子的作为你就明白了。其养父李全原是贼寇之首，巧言令色，见风转舵，在金和宋之间周旋，牟取私利。自我蒙古大军灭金后，他又首尾于蒙宋之间，讨价还价，李璮从小受这样的熏陶，怎能做到表里如一、忠贞不二呢？”
看到忽必烈若有所思，姚枢继续说道：“李璮子袭父职后，已是我蒙古大汗经略漠南时期。他便在宋廷与我们之间荡起了悠纤，一方面他投靠我蒙古帝国，做起蒙古国的世侯，暗地里却与南宋有着见不得人的勾当。他的信誉，早已沦丧，这个，皇上您圣明，应该能有所了解。”
忽必烈点了点头。是的，他怎么不了解呢？这个李璮，以地处蒙宋之间的地理位置和自己的势力为借口，多次向他要钱粮、要兵权，自己多次调他出征，他都不听调遣。他岁赋不输，私市军马，这些他都有所耳闻。但是，他想，大定之初，恰是用人之时，因而也就睁一只眼闭一只眼，对他格外迁就，不但加封他为江淮大都督，尽专兵民之权，还把他的老丈人王文统提拔为中书省平章政事，成为新朝廷的第一代宰相，甚至还劝说塔察儿王爷，把他的亲妹妹也嫁给了他。这些只是期望他能为朝廷出力，为汉人立个榜样。不想他却背叛自己，看样子，汉人根深蒂固的正统思想是不会容纳蒙古族的统治的。
但忽必烈没有把这些话说出来，特别是对一个同是汉人的幕僚说明。他接着说道：“李璮父子的的底细我是了解一些的。不过，自他归顺汗廷以后，打仗还是很勇敢的，其父是死在攻打扬州的战场上，李璮也曾助我攻宋。在我承继大汗之时，李璮和王文统是最早向我表忠心的，宗亲王爷都不如他呢！”
姚枢明白忽必烈的意思，接着说道：“这次李璮借保宋驱蒙为口号，企图拉拢那些汉人世侯一起用事，趁我蒙古主力北征漠北，皇上亲征、内部空虚之时，能振臂一呼，群起响应。殊不知，辽金以来，以宋为正统的观念在北方淡漠已久，因此恢复宋室的号召很难有多少政治感召力。特别是皇上您英明，禁止杀伐，救黎民于水火；减税赋，课农桑，已成万民拥戴之人君。而那些汉人世侯，更是些刁钻油滑之人，他们才不会跟着李璮去冒险呢！如果李璮真的能干出什么名堂，也许他们会出手，但这个时候他们都只是在观望。要是皇上现在发兵平叛，他们一定会向您示诚，派兵派将大邀其功的。”
忽必烈听了姚枢的分析后，嘴角露出了一丝微笑，这微笑是什么，是黎民百姓的认可？是对当前时局的洞悉？还是对汉人之间勾心斗角的不屑？
但他什么都没有表现出来，只是不无忧虑地说道：“不过，我们也不能大意。毕竟，李璮父子已经在山东经营三四十年了，而且这次他们又联络宋朝，献上涟、海二州，我想宋一定会派兵北上，那时我们将面临三面作战，计将安出？”
姚枢说道：“皇上不必担心，就因为他摇摆不定的性格，宋朝也不会完全相信他。你想，他的父亲被宋所杀，而且他也一直与宋作战，宋国能那么轻易相信他吗？虽然他献了两座城池作为投靠的筹码，但是，南宋朝廷不会与他有实质上的联合，至多也就是赏个有名无实的头衔，装装样子而已。至于出兵，一方面我南线有大批军队驻守，另一方面，南宋政治腐败，贾似道当权误国，又与我们签有秘密协约，他绝不会无端挑起战端，打乱他享受的计划的。至于山东境内，臣下以为更不足为患，如果李璮父子能像皇上一样爱民如子，体恤奉公，也许在紧要的关头，百姓能为之死。然而，他们在山东臭名昭著、声名狼藉。他们平日只知鱼肉百姓，搜刮钱财，弄得民不聊生、妻离子散、家破人亡，从不知体恤百姓疾苦，百姓早已对他们恨之入骨。听说百姓看到李璮谋反，都结寨自保，甚至逃离家园，逃进深山老林，避之唯恐不及，怎能与他共事？况且自皇上经略中原以来，山东百姓才免受兵祸之苦，刚刚过上安居乐业的小日子，他们饱受过战争之苦，希望平平安安过日子，他们又怎能去响应一个人人得而诛之的贼寇呢？”
忽必烈放下心来，于是便问道：“那李璮为何起兵？”
姚枢说：“利令智昏而已！”
“下一步他们将何去何从？”忽必烈问道。
“李璮进攻我大元帝国，臣以为有三条路线可以选择。上策是从水路进攻我燕京，占据居庸关，切断我军南退后路，扼住我们的咽喉。我军便陷入阿里不哥和他的包围之中，进退不能。这势必引起人心惶惶，造成混乱，这对我们极为不利。”
忽必烈觉得有道理，问：“那中策呢？”
姚枢说：“中策是不进攻我们，而是与宋朝联盟，固守自己的地盘，并多路出兵袭扰我边地，使我蒙古大军忙于奔救，疲于应付，尚能自保。”
忽必烈又问：“下策是什么？”
姚枢说：“下策就是，他起事后，向北攻击，等待各地声援响应。”
忽必烈问：“为什么？”
姚枢接着说：“他要进攻，必定要先拿下济南府，并在此等待各部声援。而济南坐落于盆地之中，属于弹丸之地，李璮有五六万人马，一旦被我大军围困，便外无响应，内乏供应，不被剿灭，又怎么可能呢？”
忽必烈问：“依你之见，李璮会选择哪条路？”
姚枢鄙夷地说：“李璮狂妄自大，好大喜功，再加上听不得别人的意见，属于那种野心大、本事小、目光短浅的鄙陋之徒。所以，臣下以为他必取下策。”
忽必烈满意地点了点头，继续问道：“依你看当派哪位将军前去是好？”
姚枢献计说：“右丞相史天泽谋略过人，可堪大任。”
忽必烈这次不想全部依赖汉人，毕竟这是平定汉人的叛乱，谁又能保证他们不联合呢？想到这儿，他就说道：“好，那就让史天泽前往，会同亲王合必赤和兀良合台之子阿术统领山东、河北、河南诸路兵马前去征剿吧。史天泽谋略过人，合必赤和阿术都是身经百战的骁将，一文一武，相互配合，李璮小儿必败无疑！”
忽必烈遂命史天泽、合必赤、阿术各率所部进军山东讨伐李璮。
果然不出姚枢所料，李璮既没有北上“濒海捣燕”，也没有“与宋联合”，而是选择了姚枢料定的“下策”，他趁蒙古大军未到，迅速从益都出兵，攻占了济南。占据济南后，南宋朝廷封他为齐郡王。
是年三月，阿术带领的蒙汉军队首先到达济南附近，李璮率军出城迎战，抢夺元军辎重。回城途中，他们遭到了蒙军截击，结果大败，被杀者四千余人，李璮只好退守济南城内。五月，蒙古十七路大军先后抵达济南，史天泽和哈必赤负责全权指挥，督战各路军马。
济南城外，看到尚未完工的济南城异常坚固，史天泽对哈必赤说道：“李璮心多诡计，兵亦甚精，我们不能与之硬拼。我看济南四面环山，犹如一个羊圈，我们在城外挖沟筑城，团团围困，切断其与外界的一切联系，把他们全部圈在羊圈里。时间一长，他们必定供给耗尽，到时便可不攻自破，擒拿李璮便易如反掌了。”
哈必赤十分赞同此计，于是就下令士兵开河筑城，“开三河，筑三城”，将济南城围得铁桶一般。同时下令，各部不得攻击作战，只是严密防守，防止敌人突围逃窜。
李璮一看被团团围住，于是就屡屡出城挑战，但蒙古大军不与之接战，只是用弓箭远远地射击，用密集的炮火把他们压了回去。他们侥幸冲过箭网，却发现早被城墙圈起，如水桶一般，丝毫不能得手，无奈只好退缩城内，坐以待援。
再说南宋王朝看到李璮献城投降，便给银五万两犒劳璮军，并遣提刑青阳梦炎（青阳系复姓）领兵增援。谁知青阳梦炎赶到山东，北进宋军随即遭到蒙古军和汉军合力堵击，被迫节节南退。进至滨州、沧州等地的宋军亦因势单力薄难以有所作为。这样，困守济南的李璮所部五六万人，完全陷入了坐以待毙的孤军境地。
时日飞逝，蒙军围困济南城已经四个多月。此时的济南城内粮尽援绝。为稳定军心，李璮竟“取城中女子赏将士，以悦其心”。看到市民不愿意把仅有的一点粮食拿出来，他就下令把将士分到各户，每户养两三名军人。不久，全城粮食告罄，能吃的东西都吃掉了，最后竟然就着盐粒吃人肉。这些行为使李璮更加失去民心，将士也沮丧至极，李璮本人情绪低落到极点。
七月十三日，李璮勉强整军出战，希冀突围。但因缺粮乏力，被元军捕杀大部，只好仓皇退回城内。济南守军看到坚守是坐以待毙，于是就纷纷“缒城以出”，哗变出降者不计其数。
七月十九夜，有大星坠于府治。李璮拈香而拜，占卜凶吉，结果是主帅大凶。他哑然一笑，无可奈何。他思虑反叛以前，不仅感慨万千，顺手写下了一首《水龙吟》：
腰刀帕手从军，戍楼独倚闲凝眺。中原气象，狐居兔穴，暮烟残照。投笔书怀，枕戈待旦，陇西年少。叹光阴掣电，易生髀肉，不如易腔改调。
世变沧海成田，奈群生几番惊扰。干戈烂漫，无时休息，凭谁驱扫？眼底山河，胸中事业，一声长啸。太平时，将相近也，稳稳百年燕赵。
接着便是喃喃地念叨：“李璮死于此也！”坐在空旷的庭院中，竟然用镊子把长长的髭须全部拔除。
第二天，他便下令军队解散，各人各讨出路，各自求命去吧。他自己提着宝剑，手刃妻妾子女，自投大明湖，可是水浅不得死，为官军所获。
抓住李璮后，史天泽恐牵扯自己的隐私，遂命立刻把他杀死。回朝后则以“擅杀自劾”。忽必烈虽未加罪责，但李璮与汉地世侯们私下交通，他心里显然是十分清楚的。现在汗位争端尚未完全解决，如果过分追究，可能会把他们逼到公开与朝廷对抗的局面，那样会对政权危害更大。因此，忽必烈把李璮的岳父——中书省平章政事王文统处死之后，很快停止了追究。在政治上，他继续优容各地世侯，同时也充分利用他们害怕朝廷深究的自危心理，裁削他们的权力。从史天泽自请解兵权始，元廷先后在北方汉地实施兵、民分治，罢世侯、置牧守、行迁转法，易置汉人将领部属、将不擅兵等制度，陆续把这些专制一方的军阀变成中央集权的专制君主统治下的文武官僚。从这个意义上说，李璮之乱失败，进一步促成了忽必烈政权对华北各地的控制，加强了中央集权。
这次平乱，从战法上也有可取之处，史天泽巧妙利用地形，围而不攻，使其亏粮自败，不仅有效地保存了自己，而且创新了战法，为军事家们所津津乐道。