后被忽必烈加封为江淮大都督。1260年，忽必烈即位，北征阿里不哥，李璮借口防御南宋，拒不出兵。1262年2月22日，乘忽必烈与阿里不哥作战之机，李璮起兵反蒙，以涟、海三城献于宋，还军益都，占据济南。忽必烈急召命宗王哈必赤总督诸道兵征李璮。3月，史枢、韩世安、阿术等于高苑老僧口击败李军，李军退守济南。4月，忽必烈又命右丞相史天泽专征。史天泽与哈必赤定议，筑环城围济南，进行长期围困。济南被围四月，城中粮尽。李璮投大明湖不死，被俘。被史天泽斩于军前。