Mùa xuân, ngày 23 tháng Giêng năm Đinh Tỵ (1377), đại quân đi đến cầu đá ở cửa biển Thị Nại. Bồng Nga dựng trại ở ngoài thành Chà Bàn, sai viên quan nhỏ là Thu Bà Ma giả đầu hàng nói dối là Bồng Nga đã trốn đi, chỉ có thành không, nên chóng tiến quân, chớ để lỡ cơ hội. Ngày 24, vua mặc áo đen cưỡi ngựa Nê thông (ngựa lông sắc trắng, sắc đen xen lẫn), sai Ngự Câu Vương Húc mặc áo trắng cưỡi ngựa trắng, truyền lệnh kịp tiến quân.
Đại tướng Đỗ Lễ can rằng: "Nó đã chịu đầu hàng, ý muốn được nước là hơn cả. Quan quân vào sâu mà đánh thành là bất đắc dĩ, hãy xin sai một người khéo nói cầm mảnh thư đến hỏi tội, để xem tình hình giặc thế nào đã, như kế sách của Hàn Tín phá nước Yên ngày xưa, Không phải khó nhọc mà có công. Cổ nhân có nói: Lòng giặc khó lường, bệ hạ xét kỹ lại".
Vua nói: "Ta mình mặc giáp cứng, tay mang gươm sắc, dãi gió dầm mưa, lội sông trèo núi, vào sâu trong đất giặc, không ai dám đương đầu với ta. Ấy là trời giúp cho ta đó.
Huống chi nay chúa giặc nghe tin đã chạy trốn, không còn lòng dạ đánh nhau. Cổ nhân nói: "Dùng binh quý thần tốc". Nay nếu dừng lại không tiến thì thực là trời cho mà không lấy, để nó lại cơ mưu khác thì hối sao kịp. Ngươi chính là hạng đàn bà".
Rồi sai lấy áo đàn bà mặc cho Lễ. Trần Duệ Tông thúc quân vào trận,quân lính đầu đuôi không ứng cứu được nhau Quân Chiêm 4 phía phục binh đổ ra đánh, quân Đại Việt thua to, mười phần chết đến 7, 8 phần Duệ Tông bị hãm trong trận, cùng các tướng Đỗ Lễ, Nguyễn nạp Hoà hành khiển Phạm Huyền Linh đều tử trận. Năm đó ông 41 tuổi.
Đỗ Tử Bình trước đã vu cáo chúa Chiêm, lúc đó lĩnh hậu quân không tới cứu ứng cho Duệ Tông. Lê Quý Ly cũng sợ hãi bỏ chạy. Thượng hoàng Nghệ Tông sai lấy xe cũi nhốt Tử Bình. Khi cũi giải Tử Bình trở về trên thuyền qua Thien truong, dân chúng tranh nhau lấy ngói, gạch ném vào thuyền mà chửi. Tuy nhiên khi về kinh, Quý Ly không hề bị thượng hoàng Nghệ Tông trách cứ, còn Tử Bình chỉ bị đồ làm lính 1 năm, sau đó lại được cất nhắc lên chức vụ cao hơn trước.
Theo dã sử, vua Trần Duệ Tông bị trúng tên tử trận, bấy giờ Đại tướng Đỗ Lễ cầm cây thương thúc ngựa xông lên đánh với vua Chiêm là Chế Bồng Nga để cho đội ngự binh cướp xác vua rút lui.
Quân Trần bấy giờ hoàn toàn tan vỡ, không còn ra một đội hình nào cả nên Đỗ Lễ sức cùng lực kiệt bị quân Chiêm xúm lại dùng giáo đâm xối xả khiến vị đại tướng cả người, cả ngựa gục xuống trên chiến trường.
Khi viết về sự kiện bi thương này của vua quan nhà Trần, tác giả sách Việt sử giai thoại có lời bàn rằng: "Đánh giặc cũng như đánh cờ, có khi trước phải tạm nhường mấy nước miễn sau cùng giành phần thắng thì thôi.
Đại tướng Đỗ Lễ cẩn trọng, ấy cũng là phép xử thường của kẻ quen xông pha trận mạc. Duệ Tông bất chấp lời can ngăn, lại còn coi khinh mà hạ nhục, bắt Đại tướng phải mặc áo đàn bà trước mặt ba quân, chủ quan háo thắng mà vô mưu đến thế, bảo không thảm bại làm sao được.
Cổ nhân dạy rằng, dụng binh mà khinh tướng, ấy là nguy. Duệ Tông hạ nhục Đại tướng Đỗ Lễ, có biết đâu là đã tự hạ nhục mình, mà xem ra, cái nhục của Duệ Tông mới thực là nỗi nhục lớn hơn cả".