鹿原及鸟饲一带的元军，继续登陆，扩大占领地面。日本北九州各地武士如怡土松浦黨、原田一族、日田、栗尾、山田氏等所率各队武士，先后赶到战场，一队一队轮番进攻元军。尽管武士军队人数不少，但就每一队而言，都教元军为少，因而死伤惨重。
这时，另一部分元军从博多湾东部箱崎方向登陆，占领岸边松林，从背后夹击与百道源元军作战的日本武士。该地守军大友赖泰的武士队伍经不起元军的夹击，开始向东南方撤退。由于大友赖泰部队的撤退，与百道源元军作战的日军腹背受敌，被迫向大宰府水城方向撤退。
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二十日，元军与日军激战了一整天，近傍晚时候，博多湾箱崎等地先后落入元军之手，日军被迫全军撤退，但元军紧紧咬住不放，随着撤退的曰军节节进逼。元军左副帅、作战指挥刘复亨为了更好地指挥作战，从高坡走下骑马前进。这个情况被日军前线指挥藤原景资发觉，他立即引马搭箭，将其射落马下。元军统帅受伤，使进攻的势头略受挫折，加之天色昏暗，遂停止进攻。这时，日军方摆脱元军的追击，迅速退往大宰府水城。日军撤退后，没有来得及逃走的老幼妇女，被俘近一千五百余人。
夜幕降临后，战斗基本停止，受伤的左副帅刘复亨，先行上船。元军统帅忻都召集其余将领讨论明天的军事行动。经过一天的战斗，元军对日本武士的勇猛战斗，颇有惧意，而且对一队队参战的武士部队难以估计其准确数字，以为数倍于元军。同时元军虽然占领了滩头阵地，但死伤不少，兵疲矢尽，并且统帅受伤，这些对久经战阵的元军统帅忻都产生了影响，从而不能准确地判断出战争双方的形势。高丽军将领金方庆比较冷静，他看到当时的战争形势对元军比较有利，只要坚持苦战，便能攻克大宰府，保住阵地以待援军。所以，他建议：“我军虽少，但已入敌境，人自为战，即孟明焚舟、淮阴背水计也。”但是另有打算的忻都否决了金方庆的意见，他认为：“小敌之坚，大敌之擒。策疲兵入境，非完计也，不若班师。”于是忻都决定，全军撤退到船上，明日班师。
如果元军就此班师回去，到也不算失败，顶多是打个平手，但天有不测风云，就在忻都决定班师的前一天晚上，博多湾出现了罕见的台风暴雨。日本群岛四面环海，除东北部沿海外，均被来自热带太平洋的暖流所环绕，也就是我们常说的黑潮，气候形成较温和潮湿的海洋性季风气候。在每年八、九、十月间，日本西部和南部常遭台风袭击;博多湾恰好正位于台风的袭击区内，恰好就在元军准备回国的最后时刻，台风也恰好赶到了.
由于不熟悉地形，元军停泊在博多湾口的舰队一片混乱，不是互相碰撞而翻，就是被大浪打沉;午夜后，台风渐停，但暴雨又降，加上漆黑一片，落海的兵卒根本无法相救。忻都怕日军乘机来袭，下令冒雨撤军回国。此役，元军死亡兵卒达1.35万人。日本史书则称之为“文水之役”。
第二天即二十二日早，日军在大宰府水城列阵，但不见元军进攻，派出侦察人员始知博多海面已无元军船只，元军撤退了。日本朝野对突如其来的台风赶走元军十分惊喜，在全国范围内展开了大规模拜神活动，称为“神风”。此后“神风”一词陪伴了日本人670多年，直到公元1945年。
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元世祖忽必烈第一次派遣元军入侵日本的目的，在于威吓日本，使其迅速通好，尚无灭日的决心。忻都等元军统帅利用忽必烈的这种想法，巧妙地掩饰了遭风败退的事情，以“入其国败之”的战绩，上报世祖。忽必烈信以为真，认为日军在元军的打击下，受到了应有的惩罚，必将立刻与元通好。因此，大赏征日有功将士，同时决定派出礼部侍郎杜世忠、兵部郎中何文著等，携带国书出使日本，以求通好。四月，元使杜世忠一行绕过大宰府，直抵长门室津(今天日本本州西南沿海山口县)，企图顺利地闯过关卡，到达京都或镰仓。但长门守护却将元使杜世忠等人押送大宰府，然后上报幕府。北条时宗得到此消息后，立命将元使送至镰仓。然而，北条时宗，既无接受国书，也不考虑其他后果，下令将元使杜世忠一行三十余人斩首于镰仓龙口，只放逐了四名高丽船员。
五年以后，元世祖忽必烈再次部署远征日本，后仍因台风以失败告终，而且损失惨重。
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