在河南地面上，元朝正规军被刘福通打得落花流水的时候，一些支持元王朝的民军武装却逐渐发展起来，其中最著名的就是察罕帖木儿和李思齐的部队。
察罕帖木儿祖上为畏吾儿人，其曾祖父于元朝初年迁居中原，定居颖州沈丘，察罕帖木儿本人曾为沈丘探马赤军。李思齐为信阳罗山人，原为罗山县典史。罗山被红巾军占据后，他们组织当地豪杰，组成“义军”袭占了罗山城。元朝政府对此大加褒奖，授察罕帖木儿为汝宁府达鲁花赤，李思齐为知汝宁府，这支武装迅速成为附近反红巾武装的旗帜，史称“所在义士俱将兵来会”。这是当时河南一带对红巾军威胁最大的一支元朝军事力量。至正十五年，元王朝再度调集大军包围刘福通，以察罕帖木儿、李思齐、答失八都鲁等部为机动兵力，准备一举消灭河南红巾军。
为统一号召红巾军各部，刘福通于当年二月将韩山童之子韩林儿由砀山迎到亳州，立为皇帝，因红巾军以兴复故国为号召，故国号“宋”，改元“龙凤”。又因韩山童曾自称“明王”，故韩林儿又被称作“小明王”，以符“明王出世”之意。龙凤政权以杜遵道、盛文郁为丞相，罗文素、刘福通为平章，刘六知枢密院事。杜遵道随即被刘福通所杀，从此刘福通成为龙凤政权的实际领袖。根据地建设上，龙凤政权则陆续设立了行中书省和府、县地方行政机构；军事方面逐步设立了行枢密院，统辖各地的统军元帅府、管军总管府、管军万户府等，向上则统属于枢密院。军职则自统军元帅、总管、万户、千户到百户有差。
刘福通等人建立了龙凤政权后，还顺手拆掉了鹿邑县的太清宫，把建筑材料运到亳州，为小明王建了一座宫阙。当下既然是弥勒、明尊当道，也就怨不得道士们倒霉了。
这一年的六月，元朝以答失八都鲁为河南行省平章事，统率太不花等一应诸王藩将兵马，许以便宜行事，进攻刘福通。九月，答失八都鲁与刘福通在许州的长葛野战，元军战败。答失八都鲁收兵退往中牟，立足还未稳，又遭刘福通轻骑劫营，再次战败，辎重尽失，连其子孛罗帖木儿也被红巾军生擒。但红巾军的胜利也不够彻底，他们随后遭到元将刘哈剌不花的伏击，非但抢来的辎重易手，自己还倒贴了不少，高级俘虏孛罗帖木儿也趁机逃跑——不过这个俘虏的逃走，对元王朝来说似乎也不算是一件幸运的事。在元王朝最后的岁月里，正是他和扩廓帖木儿争权夺利甚至兵戎相见，断送了残元最后一点希望。总的来说，这一阶段双方互有攻守，红巾军略占上风，但元军也逐渐顽强起来，一扫初期的颓废。
答失八都鲁败退后，刘福通随即派赵明远率军攻下嵩州、汝州、洛阳，由孟津渡过黄河，十一月攻破怀庆，河北震动。元朝急调察罕帖木儿防守河北之地，赵明远战败，全军覆没。十二月，休整后的答失八都鲁屡败屡战，进军攻打龙凤政权的首都亳州，刘福通在太康战败，元军进围亳州，韩林儿迁都安丰。次年三月，刘福通与攻城数月，锐气已钝的元军在亳州城下决战，双方自巳时打到酉时，大战数合，元军逐渐不支。答失八都鲁坠马，其子孛罗帖木儿将他扶上战马先行，亲持弓矢断后，接连射杀多名追兵，父子二人方得以逃脱。此战红巾军大获全胜，元军残部逃往陈留。
亳州解围后，刘福通一面休整部队，一面策划出击。至正十六年，九月，他派出李武、崔德率军西征，攻陕西；十一月，又派出毛贵率军攻入山东。东路军进展相当顺利，一路开疆拓土，连战皆胜；西路军稍微困难点，但战绩也还不错。在此鼓舞下，次年的六月，刘福通又派出白不信、大刀敖、李喜喜等将，西进增援李武、崔德；派关先生、破头潘、冯长舅、沙刘二等人率主力北上，攻河北、山西，准备直捣元王朝心腹之地。
西路军李武、崔德部于至正十六年九月出师，首克陕州。九月三日，西路军大败元军，杀参知政事述律杰，攻破入陕天险潼关，从此双方围绕着潼关征战不休。五日，元军反攻，潼关易手。十九日，西路军败元潼关守将，河南行省平章政事伯家奴，再夺潼关。元豫王阿剌忒纳失里再度来攻，红巾军战败，潼关又被元军夺去……西路军孤军深入，打不起这样的消耗战，遂回攻陕州、虢州。元河南方面主帅，知枢密院事、节制河南诸军答失八都鲁调察罕帖木儿和李思齐军西援陕西，准拟吃掉这支孤军。在察罕帖木儿和李思齐的部队调来后，陕、豫间实力对比的天平立刻偏向元朝，处于劣势的西路军相继丢掉了根据地陕州、虢州，遂北渡黄河，攻取平陆、安邑，但遭到察罕帖木儿军的尾袭，损失惨重。
至正十七年二月，休整后的西路军绕过元军主力，自武关攻入陕西，破商州，夺占七盘山，进据蓝田，前锋直指霸上，西安城已历历在目。西安守臣王思诚一面组织抵抗，一面向察罕帖木儿和李思齐求援。西路军被追进潼关的察罕帖木儿击败，李武、崔德率军南走兴元（今陕西汉中）。同年十月，白不信、大刀敖、李喜喜的援军进入陕西，攻占兴元、凤翔，察罕帖木儿、李思齐来攻，红巾军再度战败，退入四川。不久后，这支红巾军再入陕西，向西北攻取秦州、陇州，占领巩昌路，回师包围凤翔。在凤翔城下中察罕帖木儿内外夹攻之计，遭到前所未有的惨败，被斩首数万级，伏尸百余里。李喜喜率残部南去武昌，投靠了陈友谅；李武、崔德则转战陕、甘、宁之间，一直苦撑到至正二十一年五月，才向老对头李思齐投降。
东路军是红巾军北伐的主力之一，其统帅为毛贵。毛贵原是徐州芝麻李麾下的将领。
至正十二年，元相脱脱亲率大军攻破徐州，芝麻李虽然逃脱，但于一个月后被俘，立刻被欢天喜地的地方官械送京师。然而，由于脱脱在攻破徐州的时候，就忽悠皇帝称已经捕获芝麻李，所以对这个突然冒出来的真“芝麻李”很是头疼。相爷左思右想，最后下令将他暗地里解决掉，于是芝麻李才走到雄州，就被稀里糊涂地杀掉了。
赵君用与彭大（就是萧县城南的老彭了）突围杀出，逃到濠州，被郭子兴、孙德崖等人收留。但赵君用当惯了大哥，不习惯居于人下——在濠州城里惹是生非，反客为主，反倒把主人郭子兴等挤兑到一边去了。郭子兴和彭大谈得来，而孙德崖等人则巴结讨好赵君用，双方矛盾日深。某日，赵君用竟然派人把郭子兴抓起来，交给孙德崖毒打一顿，还打算做掉他。多亏郭子兴的干女婿是个智勇兼备的人物，他说动彭大出面，抢出了郭子兴。这位干女婿，就是前面那个皇觉寺里的见习和尚朱重八，他娶了郭子兴的干女儿马小姐后，成了有身份的人，所以也有了个文绉绉的名字，叫做“元璋”。朱元璋见和赵君用这票人实在没法子共事，只得带着他二十四个铁杆兄弟离开濠州，自立山头。
赵君用等人吃光了濠州的粮食后，只得移驾他去，于至正十六年攻破淮安路。龙凤政权设淮安等处行中书省，以赵君用为行省平章，跟着赵君用的毛贵从此也就成为龙凤政权的人了。至正十七年的二月，毛贵奉命率军由海州出海，乘海船登陆山东半岛，于二十七日攻克胶州，三月十二日攻克莱州，二十六日攻占重镇益都路、般阳路，声势大振。
元朝见山东形势不妙，调派江淮行枢密院副使董抟霄为山东宣慰使，与知枢密院事布兰奚一同率军进入山东，但均为毛贵击退。四月底，毛贵所部又克莒州、滨州，并西进攻占了济宁路、东平路、大名路、东昌路等地，元朝防守黄河的民军将领田丰也投降了毛贵。毛贵军切断了元王朝的经济命脉，连接南北漕运大运河，给在经济上给元朝以沉重打击，搞得朝廷只好招安叛伏无定的海盗方国珍，由他负责用海船将江南的粮食自海路运往北方海口以转入供应大都。
至正十八年二月底，毛贵军攻占济南，在山东站稳了脚跟。龙凤政权随即设立益都等处行中书省，以毛贵为平章。毛贵是当时龙凤政权中难得的军政双优人才，通过他的苦心经营，山东成为红巾军稳固的根据地。攻占济南后，毛贵继续北伐，进入河北，在南皮与元将董抟霄大战。董抟霄是当时元朝名将之一，在浙江与彭和尚、项普略红巾军的战斗中立有大功，此战中他亲自拔剑督战，被红巾军乱枪刺死。毛贵军接连攻占清州、沧州、河间，并占据长芦镇。三月，毛贵水陆并进，攻克蓟州，前锋抵达今北京通县境内的枣林、柳林，击杀元枢密副使达国珍，离大都仅有一百二十里的路程。
元朝廷震惊，顺帝下诏各地勤王，有些胆小的官员甚至建议迁都。然而毛贵也已是强弩之末，河南的元军精锐赶来，双方在柳林会战，红巾军不利。加之关先生等人的中路北伐军又迟迟未能赶来增援，毛贵遂退回山东，已占领的河北各州县又被元军夺回。
中路军由关先生、破头潘、冯长舅、沙刘二等人率领，于至正十七年九月越过太行山，攻入山西。他们连续攻占陵川、高平、潞州等地，威胁冀宁路（今太原）。元朝调陕西的察罕帖木儿军东援，红巾军进攻受挫，退入太行山休整。至正十八年春，毛贵率东路军攻入河北，吸引了大量元军北援，毛贵部将王士诚、续继祖等也自益都出发，攻怀庆路、破晋宁路。中路军压力骤减，也趁机分兵攻取绛州、沁州、冀宁、大同等地，但这支红巾军光惦记着占地方了，没有给予毛贵北伐军更直接的支持，导致毛贵军在大都郊区受阻，只得退回山东。
毛贵退军后，北方的各路元军立刻入晋打击中路军。五月一日，察罕帖木儿遣军攻占冀宁；五月八日，关保败红巾军于高平；六月十三日，关先生、破头潘攻克辽州。虎林赤率军来攻，关先生等西去，再克冀宁路；九月，关先生攻打保定路，不克，遂西破完县。鉴于与东路军已无法会师，关先生等乃决议北攻大同、兴和，进军塞外。十月，中路军攻破大同，十二月九日，攻克元上都开平城，焚毁了那里宏伟华丽的宫殿。
上都城是元王朝在塞外的政治中心，皇帝每年要在这里避暑、办公达半年之久。上都的陷落，对元王朝是一个严酷的打击，大家都对这个王朝是否还能继续存在产生了疑问。红巾军的出塞，还引发了蒙古汪古部落的响应，元赵王马扎罕吃惊不小，乃至于微服遁去。
中路军在上都呆了七天，转向东进，攻破全宁路，焚毁元鲁王府。至正十九年正月十三日，又攻破元辽阳行省省会辽阳路，杀懿州路总管吕震。元左丞相太平通过研究，认为红巾军千里北征，所过不占城邑，这次攻占辽阳也必然会很快放弃，遂向顺帝建议派他的儿子也先忽都为总兵大将军，率军进攻辽阳，满以为可以捡个大便宜。但也先忽都进抵辽阳后，发现关先生、破头潘一帮人“日治战马”——用现代术语讲，就是天天检修坦克——显然一时半会儿还不想走人。看着这帮恶狠狠的家伙，也先忽都自己先害怕起来，他的大军也不战而溃。