Quân Nguyên từ khi thua trận Vân đồn, lương thảo một ngàymột cạn đi, Thoát Hoan muốn cho người về Tàu cầu viện và lấy thêm lương, Hưng đạo vương biết ý, sai tướng lên giữ núi Kỳ cấp và ải Nữ nhi ở mặt Lạng sơn không cho người Tàu đi lại.
Các tướng thấy vậy bèn vào bàn với Thoát Hoan rằng: "Quân ta đóng ở đây, thành trì đã không có, kho tàng lại cạn cả; và bây giờ là đang lúc hết xuân sang hạ, khí trời nồng nực, mà lại những chổ hiểm yếu đều mất cả, chi bằng hãy rút quân về, rồi sau sẽ liệu kế khác".
Thoát Hoan thấy quân thế của Hưng đạo vương mạnh lắm, chưa có thể phá được, bèn nghe lời các tướng, sai Ô mã Nhi, Phàn Tiếp dẫn thủy quân theo đường sông Bạch đằng 57 về trước. Còn mặt bộ thì sai Trình bằng Phi, Trương Quân dẫn binh đi chặn hậu. Sửa soạn định vài hôm nữa thì rút về.
Hưng đạo vương biết mưu ấy, bèn sai Nguyễn Khoái dẫn binh lẻn qua đường tắt mé sông thượng lưu sông Bạch đằng, kiếm gỗ đẽo nhọn bịt sắt đóng khắp giửa giòng sông, rồi phục binh chờ đến lúc nào nước thủy triều lên thì đem binh ra khiêu chiến, nhử cho thuyền giặc qua chỗ đóng cọc. Hễ lúc nào nước thủy triều xuống thì quay binh lại hết sức mà đánh. Lại sai Phạm ngũ Lão, Nguyễn chế Nghĩa dẫn quân lên phục ở ải Nội bàng (thuộc Lạng sơn) chờ quân Nguyên chạy lên đến đấy thi đổ ra mà đánh.
Các tướng đi đâu đấy cả rồi. Hưng đạo vương tiến quân lên đánh giặc, sực nghe tin báo rằng Ô mã Nhi đã kéo quân về đến Bạch đằng, Hưng đạo vương mới hô quân sĩ , trỏ sông Hóa giang 58 mà thề rằng: "Trận này không phá xong giặc Nguyên, thì không về đến sông này nửa!" Quân sĩ ai nấy đều xin quyết chiến, kéo một mạch đến sông Bạch đằng.
Những chiến thuyền của Ô mã Nhi, Phàn Tiếp theo giòng sông Bạch đằng, bỗng chốc thấy tướng nhà Trần là Nguyễn Khoái dẫn chiến thuyền đến khiêu chiến. Ô mã Nhi tức giận thúc quân xông vào đánh, Nguyễn Khoái liền quay thuyền chạy. Bấy giờ đang lúc thủy triều lên, mặt nước mênh mông, Ô mã Nhi vô tình, thấy địch quân chạy, cứ việc thúc thuyền đuổi theo. Nguyễn Khoái nhử quân đi khỏi xa chỗ đóng cọc, rồi mới quay thuyền đánh vật lại. Hai bên đánh đang hăng, thì đại quân của Hưng đạo vương tiếp đến. Ô mã Nhi, Phàn Tiếp thấy quan quân to thế lắm, mới quay thuyền chạy trở lại. Khi chạy đến khúc sông có cọc đóng thì nước thủy triều đã rút xuống, thuyền của quân Nguyên vướng mắc phải cọc, đổ nghiêng đổ ngửa, đắm vở mất nhiều. Quan quân thừa thắng đánh cực hăng, quân Nguyên chết như rạ, máu loang đỏ cả khúc sông. Tướng Nguyên là Ô mã Nhi, Phàn Tiếp, Tích Lệ, Cơ Ngọc đều bị bắt cả.
Trận Bạch đằng giang đánh vào tháng ba năm mậu tí (1288) lấy được chiến thuyền của quân Nguyên hơn 400 chiếc và bắt được quân sĩ rất nhiều.