พ่อขุนศรีอินทราทิตย์เมื่อครั้งยังเป็นพ่อขุนบางกลางหาวได้ร่วมมือกับพ่อขุนผาเมือง เจ้าเมืองราดแห่งราชวงศ์ศรีนาวนำถุม รวมกำลังพลกัน กระทำรัฐประหารขอมสบาดโขลญลำพง โดยพ่อขุนบางกลางหาวตีเมืองศรีสัชนาลัยและเมืองบางขลงได้ และยกทั้งสองเมืองให้พ่อขุนผาเมือง ส่วนพ่อขุนผาเมืองตีเมืองสุโขทัยได้ ก็ได้มอบเมืองสุโขทัยให้พ่อขุนบางกลางหาว พร้อมพระขรรค์ชัยศรีและพระนาม "ศรีอินทราทิตย์" ซึ่งได้นำมาใช้เป็นพระนาม ภายหลังได้คลายเป็น ศรีอินทราทิตย์ การเข้ามาครองสุโขทัยของพระองค์ ส่งผลให้ราชวงศ์พระร่วงเข้ามามีอิทธิพลในเขตนครสุโขทัยเพิ่มมากขึ้น และได้แผ่ขยายดินแดนกว้างขวางมากออกไป แต่เขตแดนเมืองสรลวงสองแคว ก็ยังคงเป็นฐานกำลังของราชวงศ์ศรีนาวนำถุมอยู่

ในกลางรัชสมัย ทรงมีสงครามกับขุนสามชน เจ้าเมืองฉอด ทรงชนช้างกับขุนสามชน แต่ไพร่พลของพระองค์ ได้เตลิดหนีดังคำในศิลาจารึกว่า "ไพร่ฟ้าหน้าใสพ่อกู หนีญญ่ายพ่ายจแจ๋น"(หนี-ยอ-ย่าย-พ่าย-จอ-แจ้น) ขณะนั้นพระโอรสองค์เล็ก (รามราช) มีพระปรีชาสามารถ ได้ขับช้างแซงขึ้นไปชนช้างชนะขุนสามชน ภายหลังจึงทรงเฉลิมพระนามพระโอรสว่ารามคำแหง

ในยุคประวัติศาสตร์ชาตินิยม มีคติหนึ่งที่เชื่อกันว่า พระองค์ทรงเป็นผู้นำชาวสยามต่อสู้กับอิทธิพลขอมในสุวรรณภูมิ ทรงได้ชัยชนะและประกาศอิสรภาพตั้งราชอาณาจักรสุโขทัยขึ้น และทรงเป็นปฐมกษัตริย์แห่งราชอาณาจักรไทย แต่ภายหลัง คติดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่จริง เพราะพระองค์ไม่ได้เป็นปฐมกษัตริย์ อีกทั้งยังมีพ่อขุนศรีนาวนำถุม ครองสุโขทัยอยู่ก่อนแล้ว