然李全降宋，并非出于真心實意——或者說，他由自己的親身經歷，早已看穿了宋廷的反復詭譎及虛偽本質，因而他的歸順從一開始就是出于個人利益的考慮。他一面陷害、火并其他忠義軍，大量搜括積聚財富，一面在南宋和金國之間游走，互相要挾，以攫取高官厚祿。雖則在此期間，李全不斷率部騷擾金國邊境，對牽制金對宋的進攻起了不小的作用，但其人驕橫難制，為宋淮東制置使賈涉所不滿。賈涉多方采取措施，仍無法抑制李全的膨脹，遂自請還朝，于歸途中莫名死去。賈涉之女賈氏有殊色，后被選入宮，成為宋理宗寵妃。賈涉庶子即為賈似道，后來成為權傾朝野的大奸臣。賈涉死后，李全勢力更盛，愈難控制。“李鐵槍”成為天下無人不知的名字，時人均認為他有左右天下局勢的實力。還有人將李全生平事跡編為《李鐵槍傳奇》，成為與《大宋宣和遺事》[29]并列的最受歡迎的兩大話本。

當時南宋在位皇帝為宋理宗。他來自民間，在朝中沒有任何根基，卻在權相史彌遠的幫助下，強行從合法繼承人太子趙竑手中奪取了皇帝寶座[30]。太子趙竑則被廢為濟王，出居湖州[31]。湖州商人潘壬與其弟潘丙、堂兄潘甫等人對史彌遠擅自廢立很是憤慨，于是與山東忠義軍首領李全聯絡，準備擁立趙竑為帝。趙竑也想與來歷不明的宋理宗爭鋒，決定起兵。但李全表面同意出兵接應趙竑，實際上只想坐觀成敗。結果到了約定時期，李全不派一兵一卒。潘壬等人竟然組織了一幫漁民、鹽販，喬裝成來自山東李全的軍隊，半夜進入湖州城，將趙竑擁入州衙，以黃袍加身，再一次上演了北宋開國皇帝趙匡胤黃袍加身的一幕。潘壬隨即以李全的名義發布榜文，列舉史彌遠的罪狀，聲稱將領精兵二十萬，水陸并進，直搗臨安。

趙竑開始很高興，結果到第二天天亮時就發現了真相，所謂的兵馬不過是當地漁民假扮，且人數不足百人。他知道沒有武力支持，大事難成，便急忙倒戈，一面派人向朝廷告變，以求自己脫身，一面率領州兵追捕潘壬等人。潘壬改換姓名逃走，潘丙、潘甫等人遇害。史彌遠得報后，立即調軍前往彈壓，大軍至湖州時，事變已經平息。潘壬逃至楚州被捕，送往臨安處斬。

宰相史彌遠擔心還會有人利用趙竑作亂，于是假稱濟王趙竑有病，命門客秦天錫帶醫生前往診治。到了州衙，秦天錫宣稱朝令，逼迫趙竑上吊自殺，對外則稱病死。趙竑死后，史彌遠還剝奪了他的王爵。因湖州別稱霅川，這場事變即被稱作“霅川之變”。霅川之變發生之后，很多大臣上書為趙竑鳴冤叫屈，均被史彌遠貶斥出朝。不過，總是不停有人為趙竑鳴冤。尤其一到出現災害、異象以及戰事時，就會有大臣舊事重提，將天災人禍歸咎于趙竑的冤獄。

霅川之變加深了宋廷對李全的猜忌和不滿，開始大幅度削減忠義軍費用。李全干脆派兵攻破楚州，殺死淮東制置使許國及家小，劫走制置司所儲軍糧。又將過錯推給部下，假意上表請罪。宋廷欲忍讓而后圖，置之不問。

當蒙古鐵騎南下后，與李全鼎足而立的另一大地方武裝勢力張榮投降蒙，李全忠義軍遂成為山東地區唯一一支能夠有效抵抗蒙古的軍隊。李全同蒙古軍大小百余戰，完全處于劣勢，最終被圍困于益都。他面臨數十萬蒙古軍勁敵，不斷派人向宋淮東制置司求援。宋廷不能審時度勢，反而想乘機除掉李全，竟然不顧大局，拒發援兵，還暗中策劃謀殺當時尚留在楚州的楊妙真。楊妙真以自身美色及財物誘惑宋將，這才得以脫身，但李全同產兄長李福卻舉家被殺。

李全被蒙古軍圍困在益都一年，糧草亦盡，牛馬亦食盡，軍民相食，益都軍民由數十萬減至數千。最后力盡計窮時，李全還南向焚香，打算自盡，最終還是在部將的勸說下，投降了蒙古。蒙古授李全為山東、淮南、楚州行省長官，開府益都，仍統率所部。從此，蒙古完全控制了山東，南宋兩淮失去了最好的屏障。

此后，蒙古多次要求李全協助攻伐南宋。李全投降是迫不得已，其實并不打算真心為蒙古人效力，率軍南下回到楚州后，繼續與宋廷保持聯絡。然宋廷對其防范極深，不斷奪其兵糧。李全遂陳兵江上，要挾宋廷將沿江制置使[32]趙善湘、淮東總兵岳珂等人罷官。李全行徑最終激怒了宋廷，于是宋廷決意出兵討伐李全。

紹定四年（1231年），宋將趙范、趙葵大破李全于揚州，用計誆其出營帳，將其陷入坑中，以亂槍刺死。李全以鐵槍揚名天下，最終也死在了槍下。李全一死，其部潰散，宋軍由此收復淮安。李全妻子楊妙真率領殘部退回山東，承襲了丈夫的官職，并于當年到蒙古本部覲見大汗窩闊臺。不久，楊妙真退出江湖，不知所蹤，其子李璮襲為益都行省長官，擁兵自重，割據一方，但名義上仍然接受蒙古的統治，不斷以對抗南宋為名，擴充實力，積蓄力量，經過二十余年的發展，逐漸成為漢地兵力最多、實力最強的世侯[33]。

山東多出豪杰人物，不好管制，益都又處于蒙宋對峙的戰略要沖，蒙古為了籠絡李璮，以李氏威名鎮守山東，不惜以公主[34]下嫁。李璮愈發驕橫，蒙哥登上汗位后，幾次征調諸路兵，李璮都托詞不至。而在其轄地之內，則積極延攬賢士，修繕荒廢多年的試院、文廟，招聘儒生。還遣部下到轄境外以高價爭購軍馬。并擅自修益都城防，以磚石筑墻，外掘深塹。蒙古普遍禁止華北修置城壁，李璮公然無視禁令，顯然意欲有所作為。

寶祐六年（1258年）春，蒙古大汗蒙哥分兵大舉入宋，詔征李璮之兵從征四川。李璮以益都為南北沖要、兵不可撤為由，拒絕出兵。于是，蒙哥改遣李璮從山東南下，進攻宋東海[35]一線，與其內兄塔察兒共同牽制兩淮。李璮象征性地打了幾仗，便退回山東。

蒙哥死于征宋途中后，忽必烈因與幼弟阿里不哥爭奪汗位而爆發了大規模的戰爭。忽必烈為了穩住李璮，對其“挾敵國以要朝廷，而自為完繕益兵計”隱忍不發，還加封他為江淮大都督。登上汗位后，設立了中書省，任命李璮岳父王文統為平章政事，擔任中書最高長官。王文統字以道，益都人氏，原是李璮幕僚。李璮令子李彥簡拜王文統為師，王文統則將女兒嫁給了李璮，“由是軍旅之事，咸與咨決”。因王文統才干出眾，饒有權謀，忽必烈素聞其名，故首加擢用，委以更張庶務之責。

然加官進爵還是不能滿足李璮的野心，他趁忽必烈全力抗御阿里不哥之機，于景定三年（1262年）二月初三起兵反蒙。舉兵前兩天，李璮召回留在燕京為人質的兒子李彥簡，并匆忙派人與南宋朝廷聯系，以獻漣水、海州、東海三城約降。于是宋廷詔授其為保信、寧武軍節度使，督視京東、河北路軍馬，封齊郡王，并追復其父李全官爵。

李璮起兵后，從海州泛海還攻益都，進圍濟南。守衛濟南的蒙古萬戶張榮亦是紅襖軍出身，昔日與李全、楊妙真夫婦交好，他不愿意在垂暮之年與故人之子鏖戰，只派長孫張宏奔赴燕京告變，自己則棄城逃走。李璮遂順利占領濟南城，一時意氣風發，還寫下了《水龍吟》一詞：

腰刀首帕從軍，戍樓獨倚間凝眺。

中原氣象，狐居兔穴，暮煙殘照。

投筆書懷，枕戈待旦，隴西年少。

歡光陰掣電，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、相將近也，穩穩百年燕趙。

躊躇滿志，溢于言表。顯然，他認為他此次能夠一舉成功，實現“胸中事業”。

忽必烈聽說李璮叛變后，擔心腹背受敵，立即積極籌劃對策。漢人幕僚姚樞說：“李璮兵變后有三種選擇：上策是迅速北上，直搗燕京，控扼居庸關，使北征的蒙古軍不能南下；中策是與南宋聯合，固守擾邊；下策是據守濟南，等待其他漢族世侯響應?！币辛隙ㄒ岳瞽f之眼光，必選下策，實際上是坐以待斃。于是，忽必烈命宗王哈必赤總督諸路蒙軍、漢軍揮師南下，討伐李璮。

果然如姚樞所料，李璮進據濟南后，沒有采取進一步的行動。他還指望南宋能助他一臂之力，但自其父李全、甚至自其先祖李成[36]起，李家便有著降宋后又叛宋、反復無常的歷史，實在難以贏得信任，南宋朝廷只象征性地封李璮為齊郡王，并未在軍事行動上給予有力配合。李璮進攻濟南時，曾傳檄河北，希望取得河北、山東一帶嚴忠范、史天澤、張柔等漢人世侯的支持，但應者寥寥。

景定三年（1262年）三月，忽必烈軍與李璮軍隊戰于高苑老僧口，李璮兵敗，退守濟南。四月，忽必烈命“縝密謙退”的右丞相史天澤增援。史天澤人稱“三哥”，原為河北豪族，蒙古大將木華黎進攻金國時，率眾投蒙，并將長女獻給木華黎，由此得到蒙古人的信任，是唯一一名官至右丞相高位的漢人。

史天澤到山東后，對主帥哈必赤道：“李璮詭計多端，又有精兵，不宜與他硬拼，應當長期圍困?！碧岢觥耙詺q月斃之”，為哈必赤所采納。于是，蒙古軍開始樹柵鑿塹，將濟南城團團圍住。李璮困守孤城三月余，城內糧絕，以人為食，軍心渙散，軍士紛紛縋城出降。李璮自知破城在即，以鑷摘去長髭，吩咐眾人各自逃生。當日城潰，李璮親手殺死愛妾，入大明湖投水自盡，因水淺未死，被蒙古軍抓獲。

在審訊李璮時，出現了極為戲劇性的場面。李璮先被帶到宗王哈必赤帳前。史天澤向哈必赤建議道：“宜即誅之，以安人心。”哈必赤沒有同意，而是召集眾將進行會審。

嚴忠范先責問李璮道：“你率兵反叛，這是何等行為？”李璮冷笑回答道：“你們明明與我相約，到了時間卻又不來?！痹捯魟偮?，便被惱羞成怒的嚴忠范刺了一刀。

史天澤又問道：“忽必烈沒有虧待過你，你為什么謀反？”李璮道：“你也有文書約我起兵，為何背盟？”

史天澤一改穩重作風，勃然色變，立即示意部下砍去李璮兩臂，再除兩足，開膛吃其心肝，然后割其肉，最后才斬首。李璮全家被誅，只有其妻蒙古公主和公主所生一子幸免于難，忽必烈還親自收養了這個蒙漢混血的孩子。

李璮起兵，只局限于益都、濟南一隅，且起兵五個月即敗死，然這一事變的影響卻遠遠大于阿里不哥之亂，引發了一場空前的政治風波——

為了平定李璮，忽必烈動用了自潼關以東、黃河以南所有蒙漢軍隊，是其所掌握總兵力之七成。南宋朝廷趁淮北空虛，派驍將夏貴渡過淮河，在淮東制置司事李庭芝配合下，奪取七座城池，山東、河北、遼西數千里均為之震動[37]。

而李璮當眾揭發嚴忠范、史天澤之前曾經暗中通信有約一事，亦對忽必烈的統治政策和當時的政局產生了深遠的影響。雖然揭發事件后來聲稱查無實據，但從史天澤不顧丞相身份、急不可待地殺人滅口看來，極有可能是真事。如此，足以說明北方世侯之間時常私下窺測時局，指摘朝政，甚至不時語涉反意。忽必烈雖表示不相信李璮的供詞，其實卻感受到了漢人豪族勢力發展對蒙古統治的嚴重威脅，下定決心要消除漢族世侯勢力，“罷世侯，置牧守”，采取遷轉和在地方實行軍民分治，果斷地解除了他們的兵權，實行兵民分職，管民官理民事，管軍官掌兵戎，從而把兵權進一步集中到朝廷手中。

之前擅殺李璮的史天澤為人機警，看出苗頭不對，主動上書請求道：“兵民之權，不可并于一門，行之，請自臣家始。”即日史氏子侄解兵符者多達十七人。

漢人世侯張榮因其次子張邦直附會李璮，舉家包括其子張邦彥、其孫張宏等均被罷職，張邦直以私販軍馬罪處死。另一世侯張柔因被查出其第八子張弘略與李璮通信，也被解除兵權。張弘略召宿京師，實等于軟禁。張柔第九子張弘范文武雙全，為年輕一輩中之佼佼者，時任行軍總管，也被罷免軍職。其他世侯如嚴忠嗣等，要么被解職，要么權力被削弱。

與李璮事變相關的還有王文統被誅事件。王文統原為李璮幕僚，因將女兒嫁給李璮，成為了李璮的老丈人，地位直線上升。不過，他倒并非是靠女兒吃飯的平庸之輩，而是確有不凡的才華。忽必烈攻打襄漢時，王文統的學識引起了廉希憲、張易、劉秉忠等人的注意，被鄭重引薦給忽必烈，從此深得器重。忽必烈即位后，任命王文統為中書平章政事，行省事于燕京，總理國家規模法度及財政稅賦、差發、鹽鐵諸事，是漢地政務主管，權力極大。忽必烈稱帝后，各種規模法度，多是出于王文統的設計，對日后元朝各種制度的制定奠定了極為重要的作用。

李璮事變后，有人揭發王文統曾派兒子王蕘與李璮暗通消息。忽必烈派人查閱王文統與李璮的通信，其中有封信中有“期甲子”的話，十分可疑。王文統對此辯解道：“李璮久存反叛之意，臣本打算早予告發，只是因為北方未靖，陛下親征，所以遲遲未行。到甲子（1264年），還有好幾年。我說這話，是想為陛下推遲他的反叛之期?！贝苏f自然難以取信，王文統與其子王蕘均以同謀罪被處死。

忽必烈身邊一直聚集有一大批漢族儒士，這些人深得忽必烈的信任，忽必烈對他們也常常言聽計從。然而，王文統事件加重了忽必烈對漢人幕僚的疑懼心理。剛好此時色目人[38]一起向他進言說：“回回雖時盜國錢物，未若秀才[39]敢為反逆。”于是忽必烈逐漸疏遠漢人儒士，并開始重用色目人以牽制漢人。