两路舰队与会师计划
1274年进攻失败后，元世祖忽必烈仍以使节和军事准备向日本施压。1281年，即元至元十八年、日本弘安四年，远征分为东路军和江南军。前者从高丽合浦出发，包括忻都、洪茶丘及金方庆等统率的部队；后者以范文虎等为将，从庆元一带渡海，吸收了原南宋军队。
会师地点与统率安排在出航前后发生变化。《元史》记载，原议两军在壹岐会合，后来根据漂流到元境的日本船员所绘地图，提出改取平户岛，理由是那里可停泊舰船，且不在日本重点防守区域。阿剌罕因病不能出征，元廷另命阿塔海总领军事。忽必烈在诸将出发前特别告诫他们协调行动，显示多路统军是远征筹划中的重要问题。
博多湾防御与海上作战
镰仓幕府自1276年起组织九州各国沿博多湾修筑石墙，按领地规模分派工程，形成从香椎到今津约20公里的防御线，当时称为“石筑地”。各段的结构并不完全相同：石材、夯土与背面沟壕的配置各有差别。它们把上次可以直接登陆的沿岸变成了有组织的防御阵地。
1281年夏，东路军经对马、壹岐进抵博多湾时，江南军尚未到达。元军在志贺岛一带作战，日本守军则以小船夜袭舰队；东路军后来退向壹岐，再赴平户会合。战役因此经历了岛屿攻防、沿岸阻击和舰队重新集结，而非舰船抵日后立即遭风沉没。
暴风灾难与撤军责任
两路军队会合后移向鹰岛附近，船团遭强烈暴风破坏。日方随后攻击留在岛上的元军，许多士卒死亡或被俘。元军未能建立预期的占领据点，远征以严重损失和撤退告终。
《元史·日本传》保存了关于撤退责任的相互冲突的说法。回国将领把失利归于风灾，以及部分下属和水手不服节制、擅自逃走；逃回的士卒于阊却说，范文虎等挑选坚固船只离去，把大批士卒留在岸上，余部自行推举指挥者并伐木造舟，随后遭日本军队攻击。两种叙述都承认船只损坏，却对是谁抛弃谁作出了不同解释。
海底遗物与持续的戒备
鹰岛神崎遗址为这场海上灾难留下了物质证据。海底发现船体木材、碇石、武器及大量13世纪后半叶陶瓷；其中多为中国江南生产的粗制容器，组合不同于普通港市出土的贸易陶瓷。当地还发现八思巴字“管军总把印”。这些遗物与停泊、运输和军队装备相联系，使史书中的远征获得了可检验的实物背景。
败退并未立即终结战争准备。《元史》记载，1283年元廷仍命募兵造舟再征日本，至1286年才以优先对付交趾为由暂置此事。日本一方继续修补石筑地，相关记录延续到14世纪。1281年的直接结果是元军征服行动失败，而非双方订立和平条约或立刻解除海防。