Sau khi rời ngôi, Kameyama trở thành Thượng hoàng và sống trong chùa.

Năm 1281 khi quân Nguyên xâm lược Nhật Bản lần hai, Kameyama đến cầu khấn Nữ thần Mặt Trời tại Đền Đại Ise để mong Nữ thần phù hộ cho quân dân Nhật Bản chống giặc xâm lược. Bị shikken nghi ngờ, Kameyama buộc con trai thoái vị và nhường ngôi cho người anh em của mình, sau sẽ lên ngôi với hiệu là Thiên hoàng Fushimi, con trai của cố Thiên hoàng Go-Fukakusa. Sau đó, Hoàng tử Hisa'aki cũng là con trai của cố Thiên hoàng Go-Fukakusa, được cử làm Shogun thứ 8 của Kamakura mà không phải là con trai ông (tức Kameyama). Thất vọng, ông xuống tóc đi tu và qua đời tại chùa.