Tháng 11 năm 1372, Trần Nghệ Tông xuống chiếu nhường ngôi cho em là Trần Kính, tức là Trần Duệ Tông, còn bản thân lên làm Thái thượng hoàng. Trần Duệ Tông là con của Đôn Từ thái phi, cũng là cô của Lê Quý Ly. Trần Duệ Tông lấy Lê Quý Ly làm Tham mưu quân sự. Năm 1376, vua Chiêm là Chế Bồng Nga lại mang quân xâm lấn. Duệ Tông sai Đỗ Tử Bình đi đánh. Chế Bồng Nga sợ hãi, xin dâng 10 mâm vàng tạ tội. Tử Bình giấu vàng đi, lại tâu về triều rằng vua Chiêm kiêu ngạo không thần phục. Duệ Tông quyết định thân chinh đi đánh. Tháng 12 năm 1376, Duệ Tông cầm 12 vạn quân đánh Chiêm Thành. Tháng giêng năm 1377, quân Đại Việt tiến vào cửa Thi Nại (Quy Nhơn), đánh lấy đồn Thạch Kiều rồi tiến tới kinh thành Đồ Bàn nước Chiêm. Quân Việt bị quân Chiêm phục kích, Duệ Tông tử trận. Lê Quý Ly bấy giờ đang đốc thúc quân tải lương, được tin Duệ Tông tử trận, sợ hãi, bỏ chạy về trước.