力空虚，李璮加紧锣密鼓策划叛乱。忽必烈对李璮的阴谋虽有所觉察，因与阿里不哥的战争胜负未分，北方形势严峻，对他也只好暂时容忍，寄希望于叛乱能延缓发生。

梅花图李璋岳父王文统为忽必烈平章政事，能随时了解朝廷动向；一妻为东道宗王塔察儿之妹，与蒙古贵族联系交往亦深。惟一子彦简，为质子住京师质子营，使其不能不有所顾忌。自京师至益都有李璮所置私驿，中统三年（1262）正月，彦简乘私驿逃归，李璮更无后顾之忧。

二月，璮献涟、海等三城于宋，乘蒙古军无备，起兵叛元，尽杀蒙古戍军，攻占益都，发府库犒军，并迅速占领济南。此时，北方战事转而对忽必烈有利，阿里不哥与察合台汗阿鲁忽发生矛盾，并亲率大军前往讨伐阿鲁忽，正当南军准备追袭阿里不哥时，李璮叛乱的消息传至，忽必烈不得不急撤追袭阿里不哥之兵，发蒙古、汉军，部署平叛。

忽必烈请姚枢分析形势，枢称“使追乘吾北征之衅，留后兵寡，濒海捣燕，闭关居庸，惶骇人心，为上策；与宋连和，负固持久，令数扰边，使吾疲于奔救，为中策；如出兵济南，待山东诸侯应援，此成擒耳”⑥，并断定李璮将出下策。忽必烈在布署平叛时，重点也是防止李璮兵出山东至河北、燕地，阻止其采用上策。他命水军万户解成（解诚）、张荣实、大名万户王文干及万户严忠范会东平，济南万户张宏、归德万户邸浃、武卫军炮手元帅薛军胜等会滨棣。诏济南路军民万户张宏、滨棣路安抚使韩世安，各修城堑，尽发管内民为兵以备。召张柔及其子弘范率兵二千诣京师。阻止叛军自鲁西和海上进军河北。令诸王合必赤总督诸军，以不只爱不干及赵璧行中书省事于山东，宋子贞参议行中书省事。令真定、顺天、河间、平滦、大名、沼州、河南诸路兵皆会济南。待李璮出下策进入济南时，消灭叛军；以中书左丞阔阔、尚书怯烈门、宣抚游显行宣慰司于大名，统领沼、磁、怀孟、彰德、卫辉及河南东西两路军，阻止叛军势穷向河南逃窜，与宋连和。敕元帅阿海分兵戍平滦、海口及东京、广宁、懿州，备御任平州总管的李璮之子，阻止父子连兵或取海路逃入辽东，将他的势力围困在山东二地。同时，放弃息州（今河南息县），迁其民至蔡州，令戍守息州的蒙古将领拔都抹台率戍兵趋济南，加强平叛兵力。令东平万户严忠范留少量兵力戍守宿州（今安徽宿州市）、蕲县，以余兵自随加强东平防卫。及至得王文统参与策划叛乱的实证后，诛王文统及其子荛，以赵壁为平章政事。