Trước cuộc kháng chiến chống quân Nguyên lần thứ 2, ông được vua Trần Thánh Tông phục chức, được phong là Phó đô tướng quân.
Trong cuộc kháng chiến chống quân Nguyên lần thứ 3, Trần Khánh Dư chịu trách nhiệm giữ vùng bờ biển, không chặn nổi thuỷ quân giặc, để chúng qua được cửa An Bang tiến về Vạn Kiếp, Thượng hoàng được tin, sai Trung sứ xiềng Khánh Dư giải về kinh trị tội. Trần Khánh Dư xin với Trung sứ: "Lấy quân pháp mà xử, tôi xin cam chịu tội, nhưng xin khất hai ba ngày để mưu lập công rồi về chịu búa rìu cũng chưa muộn". Trung sứ theo lời.
Trần Khánh Dư liệu biết quân giặc đi qua, thuyền vận tải chở nặng tất theo sau, nên thu thập tàn quân đón chúng. Chẳng bao lâu thuyền vận tải quả nhiên đến, ông đưa quân ra đánh, lấy được lương thực, khí giới và bắt được tù binh nhiều không kể xiết, còn bao nhiêu thì đánh đắm xuống biển. Tướng giặc Trương Văn Hổ phải xuống chiếc thuyền con chạy trốn về đảo Hải Nam mới thoát chết.
Ông được phong tước Nhân Huệ vương, mất năm 1329.