忽必烈不仅要在陆地上称霸，而且还要称霸海洋，他派人从海路进军占城、爪哇，但是他的侵略招到痛击，得不偿失。
元朝灭亡南宋后，曾封占城王为郡王。1280年（元至元十七年），忽必烈命唆都在占城设置行省，进行统治。1282年（至元十九年），忽必烈以占城王子补的扣押元代派往暹国、马八儿国使者为由，发兵攻打占城。远征军调遣了江浙、福建、湖广各地元军5000人，征海船100艘，战船2500艘，由唆都率领，走海道进侵占城。占城国王在木城西10里设置行宫，以木城为核心组织防御，调集重兵坚守，并沿木城四面约20余里建起楼栅，修筑了100多座炮台。
1283年（元至元二十年）正月，元军攻克木城。占城国王为重整旗鼓继续抗击元军，在木城战败后派出使者诈降。国王自己退到保大州西北的鸦候山，集结兵力，准备伺机反攻。唆都很快发现占城国王的企图，一怒之下举兵大肆进攻，但被占城军击败。进入占城作战的元军伤亡日增，不得不于第二年撤还。忽必烈又命脱欢、李恒率军会合唆都合兵，经安南再侵占城。但假道安南的军事行动遭到坚决抵抗，元军即转向对安南的作战。
1292年（元至元二十九年），忽必烈命史弼、高兴、亦黑迷失作统领，调集福建、江西、湖广兵2万人，战船1000艘，携载供大军一年的粮食，远渡重洋，侵略爪哇。远征军从泉州出发，渡海经万里石塘（东沙、中沙、西沙、南沙群岛）等地，经两个月的航行，进抵爪哇国境，然后分水、陆两道进击。
这时，爪哇国王被相邻的葛郎国主所杀。爪哇国王的女婿土罕必阇耶，率兵攻击葛郎国主哈只葛当，结果战败。土罕必阇耶听说元军登陆，便生出借刀杀人之计，企图借元军之力向葛郎国复仇。他派使者迎接元军，表示降附，并献出爪哇国和葛郎国山川、户口图籍，以换取元军信任。元军即以主要兵力与葛郎国军队作战，击溃葛郎军，追击进入葛郎国，围攻答哈城。
哈只葛当无力抗御，投降了元军。土罕必阇耶在元军攻占葛郎国后，借口返回爪哇筹措贡品，脱离了元军的控制，在中途起兵反元。元军对此毫无戒备，在从葛郎国撤还时，被爪哇军袭击，伤亡惨重。元军无力再战，只得从海上撤退，航行两个多月后返回泉州。这次远征，元军仅死亡的兵士就有3000多人，掠夺所获，不偿其失。忽必烈对此大失所望，史弼和亦黑迷失都因此受到责罚。