Trước năm 1282, Hưng Vũ vương Trần Quốc Nghiễn được vua Trần Thánh Tông ban hôn với công chúa Thiên Thụy. Nhưng đến lúc đó thì mọi người mới phát hiện ra công chúa thông dâm với Nhân Huệ vương Trần Khánh Dư từ từ trước. Trần Khánh Dư bị ban tội chết, nhưng được làm giả cái chết rồi trốn ra Vân Đồn bán than.[4] Còn kết quả cuộc hôn nhân của Hưng Vũ vương và công chúa thì không được sử sách ghi lại. Từ việc Hưng Đạo vương mời Nhân Huệ vương viết bài tựa cho sách Vạn Kiếp tông bí truyền thư cho thấy hai bên không còn tư thù, nên có khả năng cuộc hôn nhân này đã không diễn ra.[5] Tư liệu dân gian thì cho rằng Hưng Vũ vương và Thiên Thụy kết hôn vào năm 1282, năm mà Nhân Huệ vương được phục tước.[6]

Tháng 12 (âl) năm Giáp Thân (1284), quân Nguyên xâm lược Đại Việt. Quân đội nhà Trần thất thế, phải liên tục rút chạy. Hưng Vũ vương Trần Quốc Nghiễn, Minh Hiến vương Trần Uất, Hưng Nhượng vương Trần Quốc Tảng, Hưng Trí vương Trần Quốc Hiện đốc suất 20 vạn quân các xứ Bàng Hà, Na Sầm, Trà Hương, Yên Sinh, Long Nhãn đến hội quân ở Vạn Kiếp, nghe theo quyền điều khiển của Hưng Đạo vương Trần Quốc Tuấn.[7] Tháng 5 (âl) năm Ất Dậu (1285), khi quân Nguyên thua chạy, Hưng Vũ vương dẫn quân truy kích đến tận Tư Minh, bắn chết Tỳ tướng Lý Quán.[8]

Đến cuộc chiến năm 1288, Trần Quốc Nghiễn cùng với cha và các tướng lĩnh nhà Trần tiếp tục lập được nhiều công lao. Theo tư liệu dân gian, ông có góp mặt trong trận đánh trên sông Bạch Đằng.[6] Tháng 4 (âl) năm Kỷ Sửu (1289), triều đình định công đánh giặc, tiến phong Hưng Đạo Vương làm Đại vương, Hưng Vũ vương làm Khai quốc công, Hưng Nhượng vương làm Tiết độ sứ.[9]

Theo tư liệu dân gian, Hưng Vũ vương về vùng đất Chung Mỹ, huyện Thủy Đường, châu Đông Triều, phủ Tân Hưng (nay là xã Trung Hà, huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng) để chiêu dân lập ấp. Ông mất ngày 24 tháng 4 âm lịch, không rõ năm nào.[6]