Fatih 'in veliahdının Cem Sultan olduğu yönünde bazı rivayetler vardır. Ancak Türk devlet geleneğin de veliahtlık kurumu yoktur. Fatih de sağlığında bir veliaht seçmemiştir. Cem Sultan'ın Fatih'in veliahdı olduğu yönündeki bilgiler, modern dönem tarihçilerinin yorumlarıdır.

II. Bayezid'in padişah olması üzerine Cem Sultan, vakit geçirmeden harekete geçip Konya ve çevresinden asker toplamaya başladı. Bursa'ya yaklaştığında, ağabeyinin gönderdiği askerlerle karşılaştı ve onları mağlup etti. Bursa'ya girince, padişahlığını ilan edip, hutbeyi kendi adına okuttu ve para bastırdı. Cem Sultan daha sonra ağabeyine bir heyet göndererek, Osmanlı ülkesini Anadolu ve Rumeli olarak ikiye bölmeyi teklif etti. Ancak II. Bayezid devletin bölünemeyeceğini söyleyerek bu teklifi reddetti.

Savaş kaçınılmaz olunca iki tarafın kuvvetleri Yenişehir' de karşılaştılar. Padişahın kumandasındaki ordu Yenişehir'e vardığı gün, İtalya'dan dönen Otranto fatihi Gedik Ahmed Paşa da onlara katılmıştı. Savaş, sabahleyin başladı ve öğlene kadar devam etti. Astinoğlu'nun karşı tarafa geçmesinin ardından, Cem'in ordusu iyice bozuldu ve şehzade kaçıp önce Konya'ya gitti sonra da Memluk Sultanlığı'na sığındı.

Cem, Mısır'daki durumu bir mektup yazarak padişaha bildirdiği zaman, II. Bayezid ona, "Saltanat davasından vazgeçerse, karşılığında kendisine yıllık 1 milyon akçe vereceği" yanıtını iletti. Ancak Cem Sultan, düştüğü duruma rağmen saltanat hırsından vazgeçmedi. Karamanoğlu Kasım Bey'in çağrısı ile Anadolu ya tekrar dönen Cem Sultan, mücadeleyi yine kaybetti ve Akdeniz'e çekildi; Anadolu’daki bazı eyaletlerin kendisine verilmesini istedi. Ancak Cem'in bu teklifini II. Bayezid, "Mülkün bölünemeyeceğini ve boşuna Müslüman kanının aktığını" söyleyerek reddetti.

Devlet topraklarının aile fertleri arasında bölünmesinin kabul edilmemesi, Osmanlı'nın Türk devlet geleneğin den uzaklaşarak merkezi bir devlet yapısına gittiğini açıkça göstermektedir. Cem, ağabeyine karşı yaptığı ikinci mücadeleyi de kaybettikten sonra, Rumeli'ye geçmek için Rodos Şövalyeleri'nin yardımını almayı tasarladı. Tahtı ele geçirme rüyalarıyla Rodos gemisine binmesiyle, ömrünün karanlık dönemi de başlıyordu. Cem Sultan olayı Osmanlı devletinin uzun süre Avrupa 'ya karşı hareketsiz kalmasına neden olmuş ve şehzadenin hayatta olduğu yıllarda, II. Bayezid devamlı şüphe içerisinde yaşamıştı.