- Nhận thấy thời cơ tiêu diệt quân Nguyên đã tới, vua Trần và Trần Quốc Tuấn quyết định mở cuộc phản công và tiến hành việc bố trí mai phục ở sông Bạch Đằng.

- Đầu tháng 4-1288, đoàn thuyền do Ô Mã Nhi chỉ huy có kị binh hộ tống rút về theo đường thủy trên sông Bạch Đằng.

- Khi đoàn thuyền của Ô Mã Nhi tiến gần đến bãi cọc, một số thuyền nhẹ của quân Trần ra khiêu chiến rồi giả vờ thua chạy, quân giặc ra sức đuổi theo và lọt vào trận địa mai phục đúng lúc nước triều xuống nhanh.

- Từ hai bên bờ, hàng nghìn chuyến thuyền nhỏ của quân Trần đổ ra đánh.

- Bị đánh bất ngờ và quyết liệt, quân giặc hoảng hốt, tranh nhau tháo chạy ra biển, thuyền giặc xô vào bãi cọc đang nhô lên, bị ùn tắc, vỡ, đắm. Giữa lúc đó, hàng loạt bè lửa xuôi nhanh theo nước triều đang xuống, lao vào thuyền giặc.

- Toàn bộ cánh thủy binh bị tiêu diệt, Ô Mã Nhi bị bắt sống.