Den byzantinske kejser Michael VIII Palaiologos forsøgte at udnytte denne situation og greb ind i Bulgarien.Han sendte Ivan Asen III, søn af den tidligere kejser Mitso Asen, for at gøre krav på den bulgarske trone i spidsen for en stor byzantinsk hær.Samtidig opildnede Michael VIII mongolerne til at angribe fra nord og tvang Ivaylo til at kæmpe på to fronter.Ivaylo blev besejret af mongolerne og belejret i den vigtige fæstning Drastar.I hans fravær åbnede adelen i Tarnovo portene for Ivan Asen III.Imidlertid brød Ivaylo belejringen og Ivan Asen III flygtede tilbage til det byzantinske rige.Michael VIII sendte to store hære, men de blev begge besejret af de bulgarske oprørere i Balkanbjergene.I mellemtiden havde adelen i hovedstaden udråbt en af ​​deres egne til kejser, magnaten George Terter I. Omgivet af fjender og med aftagende støtte på grund af den konstante krigsførelse flygtede Ivaylo til den mongolske krigsherre Nogai Khans hof for at søge hjælp, men blev til sidst myrdet.Arven fra oprøret varede både i Bulgarien og i Byzans.