第一次战争经过
1274年（日本后宇多天皇文永十一年，元至元十一年）农历六月，忽必烈委托高丽造大小舰900艘；八月，任命忻都为征东都元帅、洪茶丘为右副帅（统志愿军3,000人）、刘复亨为左副帅，统帅蒙古人及女真士兵15,000人（元代所谓汉人即指金朝辖下契丹、女真、及北方汉人，惟军人以辽金为主），高丽将军金方庆统高丽军5,600人，加上高丽水手6,700人，组成共计超过3万人的大军，远征日本。
同年农历十月三日，元军从高丽合浦（今大韩民国镇海湾马山浦附近）出发，六日成功登陆对马岛，全歼岛上日守军。十四日傍晚，元军400余人登陆壹岐岛，守护代宗助国父子率领八十骑拦阻，被全歼，元军立赤旗为标记。守军左卫门尉平经高（平内左卫门景隆）率百余骑与元军激战。元军采用密集战术，与“铁炮”（石火矢）等武器，日军不敌，退守城内。次日城破，平景隆自杀。元军在逼近肥前国沿海岛屿时，遭到肥前守护松浦一族（松浦党）的强烈抗击，双方有一番激战，松浦党死伤惨重。
11月19日，元军在筑前国的博多港（位于今福冈县福冈市），进逼今津，次日即发生了博多港之战。虽然元军在兵器和战术上占优，但他们的人数远远少于准备了很久的日本武士，而且这些武士在得知对马、壹岐失陷后得到了增援。此外，元军登陆地点地形不利于大部队展开，且距当时的九州首府大宰府尚有一日行程，于是在坚持了一整天之后，元军于当晚撤回船上，准备次日清晨重新登陆发动进攻。
二十日晨（11月26日），元军分二路在博多登陆。幕府聚集了由少贰景资、大友赖泰、菊池武房、岛津久经、竹崎季长等统率的九州诸国部队总数约十万迎战。元军西路军在百道原登陆，藤原经资率500骑前来迎战元军，元军东路军在博多湾东部的博多箱崎郡成功登陆，击败守军，占领岸边松林，从背后突袭在百道原同元军作战的日军。日军腹背受敌，死伤惨重，余部向太宰府水城（日本于白江口之役战败后修筑的一座水坝兼防御工事）方向撤退。此时天色已晚，副帅刘复亨中箭受伤，元军停止进攻。当晚，元军召开军议，由于后援不足，多数将领主张撤退（金方庆反对）。于是忻都下令撤退，撤退当晚竟遭到台风侵袭，“会夜大风雨，战舰触岩崖多败”，二十一日晨海面上只剩下一些破碎的木片，元军损失1.3万余人，大多死于这场风暴。最后辗转回到中国的只剩下1万3千500人。而忻都（忽敦）则虏了两百名日本人，献给高丽王。
文永之役后，镰仓幕府为防元军再犯，沿博多湾海岸西从今津东至香椎，修造了约20公里的石垒，以阻止元军登陆，即所谓元寇防垒。
第二次战争经过
第一次攻打日本失败后，高丽国王多次与元朝谈判，反对进一步的侵略日本计划。而元朝也派遣使者至日本，但日本两次下令将元朝钦差杜世忠等人斩首；忽必烈非常恼火，开始积极筹划第二次进攻。
1279年元军攻灭南宋之后，忽必烈于1281年（元至元十八年，日本后宇多天皇弘安四年）春发动了对日本的第二次侵略。元军的这次侵略规模大于第一次，东路军由忻都、洪茶丘率领蒙古人及女真、契丹（金朝降军见汉人 (元)）士兵19,000人，金方庆统高丽军10,000人，乘战舰900艘，加上高丽水手17,000人，携军粮10万石，由高丽出发；另由范文虎、李庭等人率领的蛮军（指南宋降军）十万人，乘战船三千五百艘，从庆元、定海（今浙江省宁波市）出发；两军约定于6月会合，东路军负责作战，江南军则在占领区屯田，生产米粮，以为长久之计。
自1275年起，幕府就开始积极为可能的元军第二次侵略做了准备，除了改进弓箭，使与蒙古强弓不相上下，同时更完备地组织起九州的武士外，幕府还在很多元军可能登陆的地点修建堡垒和其它防御工事；北条时宗下令在日本沿岸所有重要地区都建起了“元寇防垒”，这时起了重大防卫作用——元军的战舰在到达日本近海时，竟找不到登陆的地点，只得以泊于博多湾中的舰船为阵地长达一个月。这段期间，元军发动几次强行登陆作战均告失败，并且一直遭到河野通有（伊予河野氏）等人的袭扰（也受海贼草野党偷袭），直到七月初，南北两军在九州外海会合。元军会师后再度发动登陆作战，这次远征军遇到了更顽强更有效的抵抗，日军以石墙为掩护，不断击退元军的进攻，许多蒙古军将领相继阵亡，战斗又持续了一个多月，元军的损失惨重，依然不能突破石墙。
元军舰队因供应和人员登载问题而推迟了起航。高丽军先行进发，在对马岛惨遭失败而返。同年夏，元军联合朝鲜军队夺取了壹岐岛，向九州进发，并在不同地点登陆。在经历一些独立的小战斗后，元军被赶回了船上。此时一场持续两天的台风袭击了元军舰队，并摧毁了大部分的船只。
八月一日（7月30日），元军再次遭到台风的袭击，风暴持续四天，军舰大部分沉没，范文虎落水被张禧救起；范文虎乃擅自决定班师。平户岛尚有被救起的士卒四千余人无船可乘，张禧将船上的七十五匹战马弃于岛上，载四千士卒回国。
被遗弃在日本九龙山的海滩上的元军尚有三万余人，日本发动反攻，将残存的元军驱赶至一处名为八角岛的狭窄地区；这些元军大部分战死，其余数万士兵被俘。
总计元朝第二次攻打日本的军队，只有不到十分之一生还。有3名士兵拼凑小船回中国；通过这3名士兵，忽必烈知道真相后大怒，将范文虎革职。
决定战争结果的因素
一般认为台风是造成元军失败的最大原因。有一种说法认为元军舰队之所以被台风摧毁，是因为使用了错误的船型。日本水下考古学家林田宪三的研究团队研究元朝舰队的沉船后，认为他们使用的是在运河航行的平底船，采用了当时较为流行的水密隔舱设置，而不是在海洋上航行的海船。
影响
两次出师失利，并未使忽必烈放弃征服日本的计划。1283年（元至元二十年），忽必烈下令重建攻日大军，建造船只，搜集粮草，准备第三次征日。此举引起江南人民的强烈反抗，迫使其暂缓造船事宜；同时，元帝国在南方对越南陈朝发动的进攻受挫，造成国力匮乏，三度攻日之议因而作罢。直到1294年（元至元三十一年）正月忽必烈逝世，都未再攻打日本。
两次击退“元寇”后，幕府继续加强九州的防务，那里的许多军事设施很多年后还有效；然而，为了应对“元寇”而进行的全国范围动员，使得日本的经济和军事都处于重压之下，资源使用已经到了极限，幕府也无法充分赏赐抗元将士，加剧了国内武士集团间的矛盾，埋下了镰仓幕府统治体系于14世纪前半叶瓦解的背景。