Den bysantinske kejsaren Michael VIII Palaiologos försökte utnyttja denna situation och ingrep i Bulgarien.Han skickade Ivan Asen III, son till den tidigare kejsaren Mitso Asen, för att göra anspråk på den bulgariska tronen i spetsen för en stor bysantinsk armé.Samtidigt hetsade Michael VIII mongolerna att attackera från norr, vilket tvingade Ivaylo att slåss på två fronter.Ivaylo besegrades av mongolerna och belägrades i den viktiga fästningen Drastar.I hans frånvaro öppnade adeln i Tarnovo portarna för Ivan Asen III.Ivaylo bröt dock belägringen och Ivan Asen III flydde tillbaka till det bysantinska riket.Michael VIII skickade två stora arméer, men de besegrades båda av de bulgariska rebellerna i Balkanbergen.Under tiden hade adeln i huvudstaden utropat till kejsare en av sina egna, magnaten George Terter I. Omgiven av fiender och med minskande stöd på grund av den ständiga krigföringen, flydde Ivaylo till den mongoliska krigsherren Nogai Khans hov för att söka hjälp, men blev så småningom mördad.Arvet från upproret bestod både i Bulgarien och i Bysans.