Hai lần thất trận nặng ở Đại Việt của Thoát Hoan khiến Nguyên Thế Tổ giận dữ. Năm Chí Nguyên thứ 28 (1291), ngày 16 tháng 2, ông được lệnh tới Dương Châu trấn thủ. Từ đó, ông không được về kinh đô chầu Thế Tổ hoàng đế cho tới khi chết[24].

Khoảng niên hiệu Đại Đức thứ 5 (1301), Trấn Nam vương Thoát Hoan qua đời, không rõ bao nhiêu tuổi.