谋士姚枢为忽必烈分析了形势，指出李璮不会得到江南政权和北方民众的支持，并且说：“李璮有勇无谋，他起兵后应该有上中下三策，我料定他必出下策，就是据守济南，我们正好可以瓮中捉鳖”。
姚枢还献计说：“对付李璮，用不着蒙古大军回去，当地汉人世侯的武装就足够了。建议可由史天泽负责平叛。”
忽必烈听了很高兴，放下心来，随即任命史天泽为平叛总指挥，由宗王合必赤协助他。同时，忽必烈命汉人世侯的武装力量迅速向济南集中，合围李璮。忽必烈还处死了与李璮有联系的王文统。
史天泽是汉族人，可在他父亲史秉直那一代，就归附了蒙古，对蒙古十分忠心。史天泽接到命令，不敢怠慢，立即率部奔赴济南，同时令各地武装，急速向济南聚集。
史天泽到达济南后，立即修筑围城工事，防止李璮突围。不久，各地武装纷纷赶到，将济南围得水泄不通。李璮身陷孤城，真成瓮中之鳖了。
李璮确实有勇无谋，他攻占济南以后，没有采取进一步的行动，而是坐等南宋出兵和民众响应，白白耽误了两个多月时间。如今城池被围，只能被动守城了，好在济南城坚固，能守一阵子。
史天泽见济南城坚墙厚，易守难攻，为了减少伤亡，也不急于攻城，而是围而不打，坐等城中粮尽。李璮知道史天泽的用意，知道守在城中，早晚是死路一条，于是多次组织突围。可是，史天泽已经修好了围城工事，李璮军队根本冲不出去，而且伤亡惨重。
李璮守城五个多月，城中终于粮尽了，战马也吃光了，甚至到了人吃人的地步。军心涣散，许多人坠城投降。李璮知道末日已到，亲手杀了自己的妻妾，然后投大明湖自尽，可惜没有淹死，最终被史天泽军队抓获。
李璮被擒后，史天泽与宗王合必赤共同审讯他。史天泽喝问：“大汗没有亏待你，为什么叛乱？”
李璮见有蒙古王爷在场，心生一计，血口喷人，说：“你与我约定共同起兵，为何背盟？汉人世侯结盟反蒙，恢复大宋，可惜一个个贪生怕死，致使大事不成。”
史天泽听了，勃然大怒，又担心他胡说八道，下令将李璮斩首。
李璮叛乱只有半年多时间，就兵败身死，而且平叛所用的兵力，主要是汉人世侯的武装力量，蒙古军队不是很多。
可是，李璮的叛乱，却引起忽必烈对汉人的警觉，尤其是李璮的血口喷人，更令忽必烈感到不安。后来，忽必烈逐步削夺了一些汉人将领的兵权，并取消了汉人世侯的世袭，这对于汉族官僚与蒙古贵族之间的矛盾，产生了重要影响。