八月二十四日，燕军到达无极县。
从樵夫和南军被俘士兵处得知敌情，于是燕军发动决战。
建文元年（1399年）八月，南军师至河北滹沱河地区。
燕王在中秋夜乘南军饮酒作乐之机，突破雄县，尽克南军的先头部队。
继而又于滹沱河北岸大败南军的主力部队。
耿炳文率残部不到十万人在真定坚守不出，燕军攻城三天不克。
八月二十九日，燕军返回北平。顾成降燕之后，留在北平协助燕世子朱高炽守城。
换帅李景隆
建文帝听到耿炳文军败，根据黄子澄的推荐，任曹国公李文忠之子李景隆为大将军，代替耿炳文对燕军作战。
又令辽东江阴侯吴高等领兵围攻永平（今河北昌黎西北）。
朱棣留下少量兵将坚守北平，自己亲统大军救援永平。
李景隆本是纨绔子弟，素不知兵，“寡谋而骄，色厉而馁”。
建文元年（1399年）九月，李景隆至山东德州，收集耿炳文的溃散兵将，并调各路军马，共计50万，进抵河间驻扎。
当朱棣侦知李景隆军中的部署后，笑着说，兵法有五败，李景隆全犯了，其兵必败无疑，这就是政令不修，上下离心；兵将不适北平霜雪气候，粮草不足；不计险易，深入趋利；求胜心切，刚愎自用，但智信不足，仁勇俱无；所部尽是乌合之众，且不团结。
为了引诱南军深入，朱棣决计姚广孝协助世子朱高炽留守北平，自己亲率大军去援救被辽东军进攻的永平，并告诫朱高炽说：“李景隆来，只宜坚守，不能出战。”
朱棣还撤去了卢沟桥的守兵。
朱棣这一招果然灵验，李景隆听说朱棣率军赴援永平，就率师于建文元年（1399年）十月直趋北平城下。
经过卢沟桥时见无守兵，禁不住欢喜，说：“不守此桥，我看朱棣是无能为力了。”
这时朱高炽在北平城内严密部署，拼死守卫。
李景隆则号令不严，指挥失当，几次攻城，皆被击退。南军都督瞿能曾率千余精骑，杀入张掖门，但后援不至，只好停止进攻。
又因李景隆贪功，要瞿能等待大部队一起进攻，错过了时机。
燕军则因此得到喘息，连夜往城墙上泼水，天冷结冰，待到次日，南军也无法攀城进攻了。
吴高怯懦，不敢应战，退保山海关。
朱棣解救永平之后，率师直趋大宁（今内蒙古宁城西）。
燕军偷袭大宁
建文元年（1399年）九月初一，江阴侯吴高率辽东兵攻打永平郡，故朱棣趁李景隆踌躇不决之际，九月十九日前往救援。
九月二十五日，朱棣击败吴高，并决定趁势偷袭十七弟宁王朱权的藩地大宁（今内蒙古宁城）；另一方面利而诱之，将南军引至“空城”北平下。
九月二十八日，朱棣率众出师。传信给燕世子朱高炽，令其坚守北平城。
十月初六日，燕军经小路到达大宁城下。朱棣单骑入城（一说击败守将房宽后入城），见宁王朱权，哭诉自己无路可走，向朱权求救，希望能向朝廷上书，谢罪免死。
朱权相信并收留了他。
在居大宁期间，朱棣令手下吏士入城结交并贿赂大宁的军官等。
十月十三日，朱棣提出告辞，朱权在郊外送行；但朱权来到郊外后，伏兵尽起，大宁军纷纷叛变，归附朱棣。
于是朱权与宁王妃、宁王世子等一同随朱棣前往北平，而大宁的全部军队都被朱棣收编。
大宁成为空城，朱棣实力大增。
听说燕王朱棣率精锐征大宁，李景隆引军攻北平。
南军在郑村坝（今大兴以东二十里）扎营，筑垒同攻北平九门。
燕王世子朱高炽坚守。朱高炽遣人夜间偷袭南军大营，获得了一定的喘息时间；南军攻城急时，城中妇女也上城头向下投掷瓦石。
南军唯一一次获胜的机会是都督瞿能攻张掖门（一说彰义门，据《方舆纪要》，彰义门即广安门；存疑），几乎要攻下时，因被李景隆所忌，只得停止。
功败垂成。农历十月北平甚是寒冷，于是燕军守城部队夜里汲水浇于城墙上，次日城墙结冰，南军无法攀登。
南军因天寒地冻，战斗力骤降，攻势自此受阻。
建文四年（1402年）六月十三，燕军抵金陵。
徐增寿作内应，事败，被朱允炆亲自诛杀于左顺门。
守卫金川门（位于南京城西北面）的朱橞和李景隆望见朱棣麾盖，开门迎降，是为金川门之变。燕军攻入金陵，江山易主。
靖难之役结束。
战争虽结束，与此相关的历史却在发展。
燕王进京后，宫中起火，建文帝下落不明。有的说建文帝于宫中自焚而死，或云建文帝由地道出亡，落发为僧，云游天下，传说他于正统朝入居宫中，寿年而终。
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