Năm 1214, anh em họ Đoàn tấn công đất Bắc Giang do tướng của Tự Khánh là Nguyễn Nộn đóng giữ. Hai bên đánh nhau ở núi Đông Cứu (Gia Lương, Bắc Ninh), Nguyễn Nộn giết chết được Đoàn Nguyễn. Tuy nhiên lúc đó nội bộ phe Tự Khánh xảy ra phản loạn lớn. Tướng ở Cam Giá (thị xã Sơn Tây) là Đỗ Bị lại nổi lên chống cự. Miền Cam Giá lại tách khỏi phạm vi thế lực của anh em họ Trần, hình thành một thế lực mới. Cùng lúc đó, Nguyễn Nộn ở Bắc Giang sau khi đánh được họ Đoàn cũng phản lại Tự Khánh, xây dựng một thế lực rất lớn. Do việc cát cứ của Đỗ Bị, Nguyễn Nộn, kinh thành Thăng Long bị uy hiếp. Tự Khánh phóng hỏa đốt kinh đô rồi chạy về Lý Nhân (Hà Nam).

Song lực lượng họ Trần vẫn rất mạnh. Sau hàng loạt biến cố khác, thế lực của Trần Tự Khánh ngày càng mạnh hơn, buộc vua Huệ Tông phải dựa vào họ Trần. Nhiều thế lực cát cứ lần lượt bị Trần Tự Khánh đánh dẹp. Tuy nhiên, bộ tướng của Khánh là Nguyễn Nộn lại phản họ Trần mà cát cứ ở Bắc Giang.

Năm 1216, Huệ Tông sách phong Ngự nữ Trần thị làm Thuận Trinh Phu nhân (順貞夫人). Đàm thái hậu cho Trần Tự Khánh là kẻ phản trắc, nên ghét Trần Thị Dung, bảo vua đuổi bỏ đi, lại nhiều lần muốn làm hại, nhưng Huệ Tông đều che chở.

Trước sức ép muốn giết con dâu của Đàm Thái hậu, Huệ Tông cùng với phu nhân lẻn đi đến chỗ quân của Tự Khánh ở bãi Cửu Liên. Từ đấy, Huệ Tông lại dựa vào Trần Tự Khánh. Tự Khánh bèn phế bỏ vua mới Lý Nguyên vương, tôn Huệ Tông là vua như cũ mà chuyên tâm bình định các thế lực: Nguyễn Nộn ở Bắc Giang, Hiển Tín vương Nguyễn Bát, Đoàn Văn Lôi và Đoàn Thượng ở Hồng châu và Hà Cao ở Qui Hóa (Yên Bái, Tuyên Quang).

Năm 1218, Trần Thừa đem binh thuyền tiến đánh Nguyễn Nộn ở Bắc Giang. Ông cho người mở đê, để nước lan vào các thái ấp, rồi dùng binh thủy theo lối ấy mà đánh. Nộn thua to, chạy về Phù Ninh (Bắc Ninh). Năm đó, để yên Hồng châu, Trần Tự Khánh đưa em gái là Trần Tam Nương gả cho Hồng hầu là Đoàn Văn Lôi vốn là người có uy tín với người Hồng châu.

Tháng 6 năm 1217, Đoàn Thượng thấy thế lực họ Trần mạnh, tạm quy hàng triều đình, được phong tước vương và vẫn giữ vùng Hồng châu. Sau khi Trần Tự Khánh chết (1223), em họ là Trần Thủ Độ lên thay, tiếp tục thao túng nhà Lý. Thủ Độ sắp đặt đưa cháu là Trần Cảnh (con Trần Thừa) lên thay ngôi nhà Lý, lập ra nhà Trần.

Trần Thủ Độ mang quân đánh Đoàn Thượng nhưng không thắng, đành phải hứa hẹn phong tước cho ông. Thủ Độ định ngày hội họp, làm lễ minh thệ, nhưng Đoàn Thượng không đến họp.

Năm 1228, Trần Thủ Độ ngầm giao ước cùng Nguyễn Nộn mưu hẹn gặp 3 bên ở xứ Đồng Đao để làm lễ minh thệ. Đoàn Thượng sơ suất cả tin, vô tình y hẹn, đã một mình một ngựa đến xứ Đồng Đao mắc phải mưu của Thủ Độ và Nguyền Nộn đã bố trận phục sẵn, bị quân của Nguyễn Nộn giết chết. Con ông là Đoàn Văn đem gia thuộc đến hàng Nguyễn Nộn[6]. Tuy nhiên tháng 3 năm sau, Nộn cũng ốm chết. Cả nước thống nhất về tay nhà Trần.