Năm bính thìn (1376) quân Chiêm lại sang phá ở Hóa Châu. Duệ Tông định thân chinh đi đánh. Đình thần can không được. Sai quân dân Thanh Hóa, Nghệ An, vận tải 5 vạn thạch lương vào Hoá châu, rồi rước Thượng Hoàng lên duyệt binh ở Bạch Hạc. Nhân năm ấy vua Chiêm Thành là Chế Bồng Nga đem sang cống 15 mâm vàng, quân trấn thủ Hóa châu tên là Đỗ Tử Bình lấy đi, rồi dâng sớ về nói rằng Chế Bồng Nga ngạo mạn vô lễ, xin vua cử binh sang đánh. Được tin ấy, Duệ Tông quyết ý đi đánh; sai Quý Ly đốc vận lương thực đến cửa bể Di Luân (thuộc huyện Bình Chính, Quảng Bình) và tự lĩnh 12 vạn quân, cả thủy bộ cùng tiến; đi đến cửa bể Nhật Lệ (ở làng Đồng Hới, huyện Phong Lộc, Quảng Bình) đóng lại một tháng để luyện tập sĩ tốt.
Quan tháng giêng năm đinh tị (1377) mới tiến quân vào cửa Thị Nại (tức là cửa Quy Nhơn) đánh lấy đồn Thạch Kiều và động Kỳ Mang, rồi kéo quân đến đánh thành Đồ Bàn là Kinh đô Chiêm Thành.
Chế Bồng Nga lập đồn giữ ở ngoài thành, rồi cho người sang giả hàng nói Chế Bồng Nga đã bỏ thành chạy trốn rồi, chỉ còn có thành không mà thôi, xin tiến binh sang ngay. Duệ Tông lấy điều ấy làm thật, hạ lệnh truyền tiến binh vào thành. Đại tướng là Đỗ Lễ can mãi vua không nghe. Khi quân gần đến thành Đồ Bàn, quả nhiên bị quân Chiêm đổ ra vây đánh. Quan quân thua to; Duệ Tông chết ở trận, tướng sĩ quân lính chết mười phần đến bảy tám.
Bấy giờ Đỗ Tử Bình lĩnh hậu quân không đem binh lên cứu, Lê Quý Ly cũng bỏ chạy về. Thế mà hai người về kinh, Nghệ Tông thượng hoàng chỉ giáng Đổ Tử Bình xuống làm lính mà thôi.