Từ khi vương triều thiết lập, nhà Trần giao cho các vương hầu trong họ tộc nắm giữ những chức vị trọng yếu ở triều đình, phân phong trấn trị các nơi. Các vương hầu còn được phong thái ấp có phủ đệ riêng và được chiêu mộ quân đội riêng. Lên trấn thủ Tuyên Quang, chuẩn bị lực lượng đối phó với quân Nguyên, Nhật Duật một mặt bổ sung đạo quân của phủ mình, một mặt lệnh cho tri châu, tộc trưởng, thổ ty các châu Vị Long, Vị Xuyên, Bảo Lạc, Bình Nguyên, Đô Kim, Thường Tân, Bảo Yên,  Lục Yên chính đốn thổ binh người Thổ, người Mán, người Mèo, người các dân tộc thiểu số sắm sửa khí giới, đồng thời đóng góp voi ngựa, lương thảo cấp tốc đưa về lộ phủ. 

Sau đó, Nhật Duật lấy người địa phương thuộc thông thổ dẫn đi xem xét địa thế đường tiến của quân Nguyên năm Đinh Tỵ (1257). Dự đoán lần này quân Nguyên cũng sẽ đánh vào theo đường cũ, Nhật Duật lệnh cho Tư xã địa phương sở tại phá dỡ hết các cây cầu lớn nhỏ bắc qua sông, suối. Lại thúc giục người dân phải giấu hết các thứ đồ ăn, đồ mặc như thóc lúa ngô sắn, áo quần, chăn chiếu vào rừng. Trâu bò, lừa ngựa lợn gà ngan vịt cũng dồn cả lên rừng. Dù một đấu gạo, một con gà con lợn cũng không để cho quân Nguyên bắt được. Làm cho quân kia đói ăn khát uống cũng là cách cùng triều đình đánh giặc.     

Nhật Duật hiểu rõ quân Nguyên giỏi về kỵ binh, ngựa tốt gươm sắc, nhưng đến đất lạ sẽ không tường đường đi lối lại, sông ngòi, đèo dốc. Vì vậy không đem hết lực lượng ra đối đầu mà  dựa thế hiểm đặt phục binh. 

Năm Ất Dậu (1285), cánh quân Nguyên do viên bình chương sự hành tỉnh là 

Na-xi-rút-đin từ Vân Nam tiến vào Đại Việt. Nhật Duật bố trí trận địa phía hữu ngạn sông Chảy, quãng gần Thác Bà. Sau khi giao chiến với giặc, gặp tình huống bất lợi, Nhật Duật đã rút lui để bảo toàn lực lượng. Quân Nguyên đuổi theo dọc hai bờ sông, Nhật Duật ngoảnh lại thấy quân giặc tiến từ từ liền bảo với quân sĩ: “Phàm đuổi thì cần nhanh nay giặc tiến từ từ, sợ có quân chắn ngang phía trước”.  

Những người được cử đi trinh sát đều trở về báo quả là có giặc cắt ngang phía hạ lưu, Nhật Duật liền cho quân bỏ thuyền lên bờ, tránh khỏi quỷ kế của giặc. 

Sách Đại Việt sử ký toàn thư chép: “Cuối đời Thiệu Bảo, ông (tức Trần Nhật Duật) coi giữ Tuyên Quang, giặc Nguyên xâm phạm trại Thu Vật, Nhật Duật men theo dòng nước đi xuống, nhìn thấy quân giặc đuổi theo ở hai bờ sông, đi từ từ, biết ở hạ lưu tất có quân giặc chặn ngang, vội sai người dò xem. Quả đúng như vậy. Ông liền dẫn quân lên bộ, tránh được mưu hiểm của giặc”.  

Các sách Đại Việt sử tiền biên của Ngô Thì Nhậm, Khâm định Việt sử thông giám cương mục do Quốc sử quán triều Nguyễn biên soạn cũng đều chép sự kiện Nhật Duật đối đầu với cánh quân Nguyên đánh vào nước ta theo đường Tuyên Quang.  

Đền Pác Tạ bên bờ sông Năng ở Na Hang thờ phụng người vợ thứ của Nhật Duật là minh chứng cho sự kiện Nhật Duật trấn thủ lộ Tuyên Quang và chỉ huy chống giặc Nguyên trên vùng đất này.