Trong cuộc kháng chiến chống Nguyên Mông lần 2 (1285) và lần 3 (1287-1288), ông đều trực tiếp tham gia [5]. Theo các bộ sử Trung Quốc, ngày 10 tháng 6 năm 1285, ông cùng với Hưng Đạo Vương đem hơn hai vạn quân giao chiến với tướng nhà Nguyên là Lưu Thế Anh và đuổi Thoát Hoan chạy dài đến sông Như Nguyệt (sông Cầu)[6]. Trong cuộc kháng chiến lần thứ ba, ông còn được giao những nhiệm vụ ngoại giao quan trọng, từng đến đồn trại đối phương vờ ước hẹn trá hàng, làm cho họ mất cảnh giác, sau đó vua Trần cho quân đến đánh phá.[7]

Sau khi kháng chiến thành công, ông được phong chức Tiết độ sứ cai quản phủ Thái Bình. Nhưng không lâu sau ông lại lui về ấp Tịnh Bang (nay ở huyện Vĩnh Bảo, ngoại thành Hải Phòng) lập Dưỡng Chân trang để theo đuổi nghiệp thiền.

Năm 1291, Tuệ Trung thượng sĩ mất, thọ 61 tuổi.