1262年，正當忽必烈與阿里不哥爭奪汗位，殺得難解難分之時，忽報漢地變起，李璮在山東叛亂，盡殺蒙古戍卒，率五萬餘人自海上北歸登岸，攻打益都、蒲台、淄州等地。忽必烈一聽，即疾馳南返，他知道，李璮是漢地實力最強大的世侯，他這一反，比自己的弟弟禍亂還要危險，這是關係到整個漢地政局安危的頭等大事。
整治漢人，當然更應該聽取漢人的意見，在回大都的路上，忽必烈與姚樞促膝長談，商討如何對付李璮的謀反。
姚樞說道：“皇上不必擔心，臣下以為，豎子做事，缺乏思慮，當不足為患！”
忽必烈說道：“何以見得？”
姚樞說：“搖擺不定，不能獲信；狂妄自大，不能卹人；奸邪狠毒，沒有幫手；頭腦簡單，缺乏計謀。”
忽必烈笑著說：“先生能否說得詳細些？”
姚樞說道：“皇上，你只要了解他們父子的作為你就明白了。其養父李全原是賊寇之首，巧言令色，見風轉舵，在金和宋之間周旋，牟取私利。自我蒙古大軍滅金後，他又首尾於蒙宋之間，討價還價，李璮從小受這樣的熏陶，怎能做到表裡如一、忠貞不二呢？”
看到忽必烈若有所思，姚樞繼續說道：“李璮子襲父職後，已是我蒙古大汗經略漠南時期。他便在宋廷與我們之間蕩起了悠纖，一方面他投靠我蒙古帝國，做起蒙古國的世侯，暗地裡卻與南宋有著見不得人的勾當。他的信譽，早已淪喪，這個，皇上您聖明，應該能有所了解。”
忽必烈點了點頭。是的，他怎麼不了解呢？這個李璮，以地處蒙宋之間的地理位置和自己的勢力為藉口，多次向他要錢糧、要兵權，自己多次調他出征，他都不聽調遣。他歲賦不輸，私市軍馬，這些他都有所耳聞。但是，他想，大定之初，恰是用人之時，因而也就睜一隻眼閉一隻眼，對他格外遷就，不但加封他為江淮大都督，盡專兵民之權，還把他的老丈人王文統提拔為中書省平章政事，成為新朝廷的第一代宰相，甚至還勸說塔察兒王爺，把他的親妹妹也嫁給了他。這些只是期望他能為朝廷出力，為漢人立個榜樣。不想他卻背叛自己，看樣子，漢人根深蒂固的正統思想是不會容納蒙古族的統治的。
但忽必烈沒有把這些話說出來，特別是對一個同是漢人的幕僚說明。他接著說道：“李璮父子的的底細我是了解一些的。不過，自他歸順汗廷以後，打仗還是很勇敢的，其父是死在攻打揚州的戰場上，李璮也曾助我攻宋。在我承繼大汗之時，李璮和王文統是最早向我表忠心的，宗親王爺都不如他呢！”
姚樞明白忽必烈的意思，接著說道：“這次李璮借保宋驅蒙為口號，企圖拉攏那些漢人世侯一起用事，趁我蒙古主力北征漠北，皇上親征、內部空虛之時，能振臂一呼，群起響應。殊不知，遼金以來，以宋為正統的觀念在北方淡漠已久，因此恢復宋室的號召很難有多少政治感召力。特別是皇上您英明，禁止殺伐，救黎民於水火；減稅賦，課農桑，已成萬民擁戴之人君。而那些漢人世侯，更是些刁鑽油滑之人，他們才不會跟著李璮去冒險呢！如果李璮真的能幹出什麼名堂，也許他們會出手，但這個時候他們都只是在觀望。要是皇上現在發兵平叛，他們一定會向您示誠，派兵派將大邀其功的。”
忽必烈聽了姚樞的分析後，嘴角露出了一絲微笑，這微笑是什麼，是黎民百姓的認可？是對當前時局的洞悉？還是對漢人之間勾心鬥角的不屑？
但他什麼都沒有表現出來，只是不無憂慮地說道：“不過，我們也不能大意。畢竟，李璮父子已經在山東經營三四十年了，而且這次他們又聯絡宋朝，獻上漣、海二州，我想宋一定會派兵北上，那時我們將面臨三面作戰，計將安出？”
姚樞說道：“皇上不必擔心，就因為他搖擺不定的性格，宋朝也不會完全相信他。你想，他的父親被宋所殺，而且他也一直與宋作戰，宋國能那麼輕易相信他嗎？雖然他獻了兩座城池作為投靠的籌碼，但是，南宋朝廷不會與他有實質上的聯合，至多也就是賞個有名無實的頭銜，裝裝樣子而已。至於出兵，一方面我南線有大批軍隊駐守，另一方面，南宋政治腐敗，賈似道當權誤國，又與我們簽有秘密協約，他絕不會無端挑起戰端，打亂他享受的計劃的。至於山東境內，臣下以為更不足為患，如果李璮父子能像皇上一樣愛民如子，體恤奉公，也許在緊要的關頭，百姓能為之死。然而，他們在山東臭名昭著、聲名狼藉。他們平日只知魚肉百姓，搜刮錢財，弄得民不聊生、妻離子散、家破人亡，從不知體恤百姓疾苦，百姓早已對他們恨之入骨。聽說百姓看到李璮謀反，都結寨自保，甚至逃離家園，逃進深山老林，避之唯恐不及，怎能與他共事？況且自皇上經略中原以來，山東百姓才免受兵禍之苦，剛剛過上安居樂業的小日子，他們飽受過戰爭之苦，希望平平安安過日子，他們又怎能去響應一個人人得而誅之的賊寇呢？”
忽必烈放下心來，於是便問道：“那李璮為何起兵？”
姚樞說：“利令智昏而已！”
“下一步他們將何去何從？”忽必烈問道。
“李璮進攻我大元帝國，臣以為有三條路線可以選擇。上策是從水路進攻我燕京，佔據居庸關，切斷我軍南退後路，扼住我們的咽喉。我軍便陷入阿里不哥和他的包圍之中，進退不能。這勢必引起人心惶惶，造成混亂，這對我們極為不利。”
忽必烈覺得有道理，問：“那中策呢？”
姚樞說：“中策是不進攻我們，而是與宋朝聯盟，固守自己的地盤，並多路出兵襲擾我邊地，使我蒙古大軍忙於奔救，疲於應付，尚能自保。”
忽必烈又問：“下策是什麼？”
姚樞說：“下策就是，他起事後，向北攻擊，等待各地聲援響應。”
忽必烈問：“為什麼？”
姚樞接著說：“他要進攻，必定要先拿下濟南府，並在此等待各部聲援。而濟南坐落於盆地之中，屬於彈丸之地，李璮有五六萬人馬，一旦被我大軍圍困，便外無響應，內乏供應，不被剿滅，又怎麼可能呢？”
忽必烈問：“依你之見，李璮會選擇哪條路？”
姚樞鄙夷地說：“李璮狂妄自大，好大喜功，再加上聽不得別人的意見，屬於那種野心大、本事小、目光短淺的鄙陋之徒。所以，臣下以為他必取下策。”
忽必烈滿意地點了點頭，繼續問道：“依你看當派哪位將軍前去是好？”
姚樞獻計說：“右丞相史天澤謀略過人，可堪大任。”
忽必烈這次不想全部依賴漢人，畢竟這是平定漢人的叛亂，誰又能保證他們不聯合呢？想到這兒，他就說道：“好，那就讓史天澤前往，會同親王合必赤和兀良合台之子阿術統領山東、河北、河南諸路兵馬前去征剿吧。史天澤謀略過人，合必赤和阿術都是身經百戰的驍將，一文一武，相互配合，李璮小兒必敗無疑！”
忽必烈遂命史天澤、合必赤、阿術各率所部進軍山東討伐李璮。
果然不出姚樞所料，李璮既沒有北上“瀕海搗燕”，也沒有“與宋聯合”，而是選擇了姚樞料定的“下策”，他趁蒙古大軍未到，迅速從益都出兵，攻占了濟南。佔據濟南後，南宋朝廷封他為齊郡王。
是年三月，阿術帶領的蒙漢軍隊首先到達濟南附近，李璮率軍出城迎戰，搶奪元軍輜重。回城途中，他們遭到了蒙軍截擊，結果大敗，被殺者四千餘人，李璮只好退守濟南城內。五月，蒙古十七路大軍先後抵達濟南，史天澤和哈必赤負責全權指揮，督戰各路軍馬。
濟南城外，看到尚未完工的濟南城異常堅固，史天澤對哈必赤說道：“李璮心多詭計，兵亦甚精，我們不能與之硬拼。我看濟南四面環山，猶如一個羊圈，我們在城外挖溝築城，團團圍困，切斷其與外界的一切聯繫，把他們全部圈在羊圈裡。時間一長，他們必定供給耗盡，到時便可不攻自破，擒拿李璮便易如反掌了。”
哈必赤十分贊同此計，於是就下令士兵開河築城，“開三河，築三城”，將濟南城圍得鐵桶一般。同時下令，各部不得攻擊作戰，只是嚴密防守，防止敵人突圍逃竄。
李璮一看被團團圍住，於是就屢屢出城挑戰，但蒙古大軍不與之接戰，只是用弓箭遠遠地射擊，用密集的砲火把他們壓了回去。他們僥倖衝過箭網，卻發現早被城牆圈起，如水桶一般，絲毫不能得手，無奈只好退縮城內，坐以待援。
再說南宋王朝看到李璮獻城投降，便給銀五萬兩犒勞璮軍，並遣提刑青陽夢炎（青陽系複姓）領兵增援。誰知青陽夢炎趕到山東，北進宋軍隨即遭到蒙古軍和漢軍合力堵擊，被迫節節南退。進至濱州、滄州等地的宋軍亦因勢單力薄難以有所作為。這樣，困守濟南的李璮所部五六萬人，完全陷入了坐以待斃的孤軍境地。
時日飛逝，蒙軍圍困濟南城已經四個多月。此時的濟南城內糧盡援絕。為穩定軍心，李璮竟“取城中女子賞將士，以悅其心”。看到市民不願意把僅有的一點糧食拿出來，他就下令把將士分到各戶，每戶養兩三名軍人。不久，全城糧食告罄，能吃的東西都吃掉了，最後竟然就著鹽粒吃人肉。這些行為使李璮更加失去民心，將士也沮喪至極，李璮本人情緒低落到極點。
七月十三日，李璮勉強整軍出戰，希冀突圍。但因缺糧乏力，被元軍捕殺大部，只好倉皇退回城內。濟南守軍看到堅守是坐以待斃，於是就紛紛“縋城以出”，譁變出降者不計其數。
七月十九夜，有大星墜於府治。李璮拈香而拜，占卜凶吉，結果是主帥大凶。他啞然一笑，無可奈何。他思慮反叛以前，不僅感慨萬千，順手寫下了一首《水龍吟》：
腰刀帕手從軍，戍樓獨倚閒凝眺。中原氣象，狐居兔穴，暮煙殘照。投筆書懷，枕戈待旦，隴西年少。嘆光陰掣電，易生髀肉，不如易腔改調。
世變滄海成田，奈群生幾番驚擾。干戈爛漫，無時休息，憑誰驅掃？眼底山河，胸中事業，一聲長嘯。太平時，將相近也，穩穩百年燕趙。
接著便是喃喃地念叨：“李璮死於此也！”坐在空曠的庭院中，竟然用鑷子把長長的髭鬚全部拔除。
第二天，他便下令軍隊解散，各人各討出路，各自求命去吧。他自己提著寶劍，手刃妻妾子女，自投大明湖，可是水淺不得死，為官軍所獲。
抓住李璮後，史天澤恐牽扯自己的隱私，遂命立刻把他殺死。回朝後則以“擅殺自劾”。忽必烈雖未加罪責，但李璮與漢地世侯們私下交通，他心裡顯然是十分清楚的。現在汗位爭端尚未完全解決，如果過分追究，可能會把他們逼到公開與朝廷對抗的局面，那樣會對政權危害更大。因此，忽必烈把李璮的岳父——中書省平章政事王文統處死之後，很快停止了追究。在政治上，他繼續優容各地世侯，同時也充分利用他們害怕朝廷深究的自危心理，裁削他們的權力。從史天澤自請解兵權始，元廷先後在北方漢地實施兵、民分治，罷世侯、置牧守、行遷轉法，易置漢人將領部屬、將不擅兵等製度，陸續把這些專制一方的軍閥變成中央集權的專制君主統治下的文武官僚。從這個意義上說，李璮之亂失敗，進一步促成了忽必烈政權對華北各地的控制，加強了中央集權。
這次平亂，從戰法上也有可取之處，史天澤巧妙利用地形，圍而不攻，使其虧糧自敗，不僅有效地保存了自己，而且創新了戰法，為軍事家們所津津樂道。