Mùa Hè năm 1301, Thượng hoàng Trần Nhân Tông đi thăm vương quốc Champa. Ở lại đây 9 tháng, Thượng hoàng ngỏ lời hứa gả công chúa Huyền Trân cho vua Champa là Chế Mân. Mùa Hạ năm 1306, sứ bộ Champa sang định lễ cưới, Chế Mân xin dâng 2 châu Ô và Lý làm lễ vật dẫn cưới. Lễ cưới đã được diễn ra, một dải đất từ bờ Nam sông Thạch Hãn đến bờ Bắc sông Thu Bồn. Vùng đất ngày nay là Hương Thủy đã trở thành một phần của vương quốc Đại Việt.
Sự kiện đó là gây nên phản ứng của người dân Champa ở một số khu vực thuộc 2 châu Ô và Lý. Tháng 1 năm Đinh Mùi (1307), vua Trần Anh Tông cử Đoàn Nhữ Hài vào vỗ về, đổi tên châu Ô làm châu Thuận, châu Lý làm châu Hóa. Ông đã chọn người địa phương làm quan cai trị, chia cấp ruộng đất và tha tô thuế cho dân 3 năm.
Lúc đó, cư dân gốc Champa vẫn là chủ yếu ở vùng đất mới thuộc về Đại Việt này. Họ sinh sống, xây dựng cuộc sống mới dưới triều đại mới. Đến nay, vẫn còn hậu duệ của người Champa dù đã Việt hóa. Điển hình là sự tồn tại họ Chế ở làng Vân Thê, xã Thủy Vân, thị xã Hương Thủy. Ở các làng này, họ Chế thường là họ đứng đầu trong các họ khai canh làng xã. Ở làng Vân Thê, còn có lăng mộ và đền miếu thờ cúng 2 vị khai canh và thành hoàng của làng đều là người Champa, gồm Chế Ba Na và Chế Văn Kiệt.
Tình hình đó cho thấy, dù đã trải qua những biến động lịch sử, người Champa vẫn ở lại, cùng chung sức với người Việt nhập cư xây dựng nên những làng xã mới. Kể từ năm 1307, người Việt từ Thanh – Nghệ di dân ngày càng nhiều vào vùng đất Thừa Thiên Huế ngày nay, trong đó có Hương Thủy, lập làng xã, cư trú cùng với người Champa. Sự phát triển đó đã dẫn đến việc cuối thế kỷ XIV, triều đình nhà Trần thành lập tại vùng đất Hóa Châu 7 huyện mới: Trà Kệ, Lợi Bồng, Sạ Lệnh, Tư Dung, Bồ Đài, Bồ Lãng và Thế Vinh. Thị xã Hương Thủy ngày nay thuộc vùng đất của các huyện Lợi Bồng, Tư Dung và Thế Vinh (Thế Vang) của châu Hóa.
Sau khi Chế Mân mất (tháng 5 năm 1307), Chế Chí nối ngôi, bắt đầu giai đoạn xung đột mới giữa Đại Việt và Champa. Vùng Thuận Hóa trở thành nơi thường xuyên bị tiến đánh của quân Champa. Đời sống nhân dân điêu đứng.
Đến năm 1377, vua Trần Duệ Tông dẫn đại quân đánh vào cửa Thị Nại nhưng mắc mưu trá hàng của vua Champa là Chế Bồng Nga nên đại bại, vua chết giữa trận. Giữa năm đó, quân Champa lại tràn ra đánh chiếm châu Hóa, kể từ đó, suốt 12 năm liền, quân Champa chiếm giữ châu Hóa, châu Thuận, châu Tân Bình và cả Nghệ An. Năm 1389, Chế Bồng Nga chết trận ở Hoàng Giang, quân Champa tan vỡ, sự thống trị của Champa ở vùng này mới thôi.
Nhưng tình hình ở vùng Tân Bình và Thuận Hóa sau đó lại biến động. Quân Chiêm Thành tuy rút về vẫn đánh lẻ tẻ các nơi. Dưới sự chỉ huy của các hào mục địa phương như Phan Mãnh, Phạm Thế Căng, quân dân Đại Việt đã tổ chức đánh chặn quân Champa.
Năm 1391, vua Trần Thuận Tông cử Lê Quý Ly đi tuần và củng cố châu Hóa. Một số quan tướng Champa lại chạy sang hàng Đại Việt và được vua Trần cho đổi họ Việt, làm tướng cai quản châu Hóa. Tình hình biến động ở châu Hóa suốt thế kỷ XIV đã làm nhịp độ di dân chậm lại nhưng sự tồn tại 7 huyện thuộc châu Hóa đã cho thấy nhiều làng cổ đã được thành lập.