李景隆听说燕王率兵去北征大宁，他就统兵直扑北平。北平南边的一些城市，像涿州、雄县等地，虽曾被燕军占有，但燕王为了不使兵力分散，故此并未在那里派兵驻防。因此，李景隆几乎是在没遇到什么抵抗的情况下就抵达北平。当他来到卢沟桥时，见燕王在这里也没有设防，他更加得意，用马鞭比比画画地说： “不守卢沟桥，吾知其无能为矣。”于是，率大军直逼北平城下。

李景隆亲率大军围攻北平的同时，又派一部分将士攻取通州。因通州离北平很近，又在东边，攻取通州既可以免除通州的燕军对北平的增援，也可以阻挡燕王的大军。

李景隆的数十万大军屯集北平周围，安营扎寨，猛攻九门。这时，双方的力量对比是很悬殊的。燕王的兵力本来就少，其精锐和主力又随燕王在外，城内留世子朱高炽居守，兵士少，且多老弱。以这些老弱士兵来抵御雷霆万钧之势的南军，形势之危急是显而易见的。

留守北平的世子朱高炽就是后来的明仁宗。当燕王离开北平外出征讨以后，朱高炽深知守城的责任重大，一天到晚地率领将士督治城中守备，赶制守城兵器。他还经常到城中居民中嘘寒问暖，深得民心。访得兵民中的才识之士，他便唯诚相待，与之共事，虚心听取他们对守城的建议。

朱高炽每天天不亮就起床，到快半夜时才歇息，亦可谓“日勤不怠”。 “每四鼓以起，二鼓乃息，左右或以过勤为言者，答曰： ‘君父身冒艰险在外，此岂为子优逸时?且根本之地，敌人所必趋者，岂得不为预备’而凡有所施为，必先秉命仁孝皇后。”

这里所说的“仁孝皇后”,就是燕王妃徐氏。她不愧是将门之女，“措置备御抚绥激励之方，悉得其宜”。守城之事虽总于世于朱高炽，但他遇有大事都要先秉告徐妃，然后再施行。

李景隆以为燕王在外，北平轻而易举便会被攻克，怎么也没料到会遇到十分顽强地抵抗。李景隆督军猛烈攻城，丽正门险些被攻破，形势十分危急。

这时，除了朱高炽率将士奋勇反击以外，徐妃亲率城中妇女登城御敌。她们不善使弓箭，便“掷瓦砾”,投击敌人。李景隆军令不严，在北平守军的反击下，攻打丽正门的南军突然撤退，北平一时转危为安。

李景隆稍事休整，便督军再次猛烈攻城。这次战况最紧急的是顺城门。南军起初想用火烧，因无效果，便发动强攻。燕府仪宾李让和燕将梁明在此据守，上下协心，顽强御敌，虽险象环生，但顺城门终未被攻破。

面对强敌，朱高炽激励城中士卒，奋力死守， “下至妇人小子，皆奋效力，更番乘城，昼夜拒敌。虽矢石交下，人心不变”。朱高炽并没有拘泥于燕王“勿出战”的诫谕，而是以固守为主，间或在夜间出奇兵骚扰敌营。

高炽挑选了一些身强力壮的勇士，半夜里抓着绳索顺着城墙下去，对敌营进行偷袭。他们这里杀几个人，那里放一把火，搅得敌人不得安宁。因夜间难以分辨敌我，有时引得敌军在半夜里相互厮杀，直到天明以后才停止下来。

这种做法十分奏效，李景隆大军久攻北平不下，士兵夜里又得不到休息，于是从城下“退营十里”。从此以后，北平保卫战就进入了时打时停的胶着状态。

在此期间，瞿能父子攻打彰义门。瞿能是员猛将，洪武时官至都督佥事，曾随大将军蓝玉出大渡河西征，武功高强。这时，他和其子率领数千精锐骑兵猛攻彰义门，锐不可当，经一番拼杀，竟攻入彰义门内。奇怪的是李景隆不是让瞿能乘胜前进，自己再督军赶快跟上，而是让瞿能父子停止进攻。当时正是寒冬时节，北平守军趁瞿能暂停进攻之机，连夜提水浇在城墙上面，水立即凝结成冰，致使“冰凝不可登，景隆卒致大败”。这次南军本来可以乘胜攻陷北平，但由于李景隆“忌(瞿)能成功”,而功败垂成。

十月十八日，燕王挟持宁王朱权由大宁向北平进发。十九日大军到达会州(今河北平泉南20里处),燕王在这里正式建立了五军。由于宁王原有军士编入燕军，燕王的军力大为加强。为了强化这支部队的战斗力，燕王在会州对部队进行了整编。

总体上来看，燕王以旧属将士为主体，将大宁降附的兵士分隶诸部。五军的设置是：张玉将中军，郑亨和何寿为左、右副将；朱能将左军，朱荣和李溶为左、右副将；李彬将右军，徐理和孟善为主、右副将；房宽将后军，和允中和毛整为左、右副将；徐忠将前军，陈文和吴达为左、右副将。从此以后，燕军才有了五军之制。

按照明廷对藩王的规定，诸王没有权力对部下不得擅自升赏。燕王在会州设立五军，升赏将领，实际上是对明廷这类规定的公然蔑视，也显示他已不再受明廷的约束。所以燕王在会州立五军，升赏将士。实际上，燕王在“靖难之役”的过程中对部下随时都有升赏。这从一个侧面表明，燕王起兵的目的绝不限于“清君侧”,而是要夺取皇位。

会州整编后，燕王立即率部往北平行进。十月二十一日，燕师入松亭关。又经过半个月的行军，一路攻城略地，于十一月四日到达孤山。这时，李景隆已将大本营安扎在郑村坝(北平东约20里处),准备截击燕王的军队。

同时，李景隆还命都督陈晖为先锋，率领万余骑到达白河以东，准备邀击燕王。当燕王派出的逻骑侦得南军布防的情况后，根本不理睬陈晖，而是挥师渡过白河，直扑地处白河西边的郑村坝。

陈晖的军队与燕师走的不是一条路，所以没能遇上燕师。当他听说燕师已渡河而西以后，便慌忙尾随赶来。陈晖的军队刚渡过白河，立足未稳，燕王率领精锐的骑兵回头迎击，陈晖很快便溃不成军，燕师乘胜掩杀， “斩首无算”。

陈晖的余部仓皇渡河逃跑，掉入河中淹死者甚众。在这次前哨战中，燕师大获全胜，缴获战马二千余匹，陈晖“仅以身免”。

燕王把陈晖这股哨兵消灭之后，就马上向郑村坝奔袭而来。南军不耐寒冷，再加上李景隆不能善抚士卒，南军的士气已很低落。当他们知道陈晖已被歼灭后军心更加动摇，以至于当燕军列阵将要向南军发动攻击时，南军竟不能整齐地列阵迎战。燕王“遥见贼军欢动”,认为南军“乱而嚣”,正是发动进攻的大好时机。

于是，燕王便命令精锐的骑兵首先向南军发起冲锋。这时朵颜三卫的骑兵大显神威，以锐不可当之势横当敌阵，连破南军七营。但南军毕竟人多势众，虽受此挫折，还未全线崩溃，所以李景隆又整军迎战。

燕王率大军随骑兵赶上，双方主力展开了一场生死决战。在千里冰封的深冬，在北国的荒野上，数十万大军厮杀在一起，刀枪剑戟的撞击声伴着北风的呼啸，箭飞如雨，尸横遍野，双方从中午一直鏖战到天黑，燕师尚未取得决定性胜利。

这时，燕王趁天黑出奇兵左右冲击，南军这才渐渐不支。燕军乘机由正面猛攻，南军大败， “斩首数万级，降者数万”。当天色昏黑时，双方于是各自收军回营。

夜晚冷风飕飕，燕军将士只能露天歇息。夜色越来越浓，天气越来越冷，大家难以入睡。这时，都指挥火真找来几个废旧的马鞍，在燕王面前燃起一堆火，让燕王取暖。在夜沉沉的荒野上燃起那么一堆火，对于冻得瑟瑟发抖的人们来说实在太宝贵了，因而马上就围过来几个士兵，凑到火堆前取暖。

燕王的卫士对他们恶言训斥，令他们赶快离开。燕王却动情地说：“这都是壮士，他们来烤火不要制止。饥寒切身，这是最难忍受的。我穿着两件皮衣，尚觉寒冷难耐。我恨不能都让他们来烤火取暖，为什么还要指责他们呢?"这些士兵听了燕王这些话都很受感动。

就在这天晚上，李景隆感到初战不利，再战也无胜算，于是下令拔营南逃。这里离北平大约二十里路，他甚至顾不上仍在围攻北平的将士，自己便匆匆连夜逃跑了。一应辎重都丢弃在郑村坝一带，为燕王所有。

在这次战役中，燕王共从李景隆那里夺得战马二万余匹。黎明时，燕王的部下请求乘胜追击，因不明虚实，天寒地冻，将士疲惫，燕王未予应允，而是率军前往北平。

围攻北平的南军此时还不知道李景隆已向德州逃去，仍驻扎在坚城之下。为了迎击燕王，李景隆命部下天天处于紧张的戒备状态， “日夜成严，植戟立雪中，苦不得休息，冻死及坠指者甚众”。

南方的士卒本来就不耐寒冷，李景隆又不知体恤士卒，让他们“日夜戒严”,不得休息，这就必然降低部队的士气，影响了部队的战斗力。燕王的部下则基本上都是北方人，耐寒冷，燕王又能体恤士卒，这成为双方力量消长的一个重要因素。

十一月七日，燕王从后面对围攻北平的南军发起了攻击，当天即连破南军四营。

燕王从离开北平援救永平，到胜利回到北平，大体经历了一个半月的时间。燕王的基本战略是：在敌强我弱的情况下，将敌人主力吸引在北平坚城之下，拖住敌人，消磨敌人的士气，使敌人由强变弱。自己率主力在外线打击敌人，既避免了两面作战，又在运动战中壮大了自己，使自己由弱变强，最后内外夹击，解除了北平之围，转危为安。

燕王的这个战略是胜利了，但也冒着极大的风险。主力丢开根本之地到外面作战，北平不能保证万无一失。倘若北平失守，则对大局影响极大，双方的攻守之势则会发生根本的变化，甚至可能全盘皆输。因此，当燕王回到北平后，部下颂扬他“睿算神谋”、料敌如神，他却说： “此适中尔，无足喜也。卿等所言皆万全之策，我未用卿等言者，以其有可乘之机故尔。此不可为常，后毋难言。”

燕王的这段话很有意思。它表明这次胜利乃“适中尔”,带有很大侥幸的成分。他又肯定部下原来的意见有道理， “皆万全之策”,自己之所以未采用，是看到“有可乘之机”。他又告诫部下，这种用兵之法“不可为常”,鼓励部下不可以此为例，应照常建言献策， “毋难言”。这样，燕王虽然未采纳部下的建议，但又不挫伤部下的积极性。

在这一个半月的时间里，燕王援永平，袭大宁，于郑村坝大胜李景隆，北平保卫战圆满胜利，可谓战果辉煌。十一月十一日，燕王于北平大规模犒劳将士。他除了将胜利归于上天和父皇的眷佑外，主要归功于将士拼命，英勇杀敌。

此时，燕王在军事上虽节节胜利，但他始终保持着清醒的头脑。他知道，朝廷方面一定会增加兵力来对付自己，所以他一再提醒部下部要他们不要“慢忽”,而是“须持谨以待之”。这也正是燕王能继续不断获胜的重要原因。

燕王除了设宴犒劳将士以外，还“论功行赏，以酬其劳”。对将士及时公正地赏功罚过，这是促使将士拼命的重要保证，这也是燕王能节节胜利的另一重要原因。

这次，陈实、徐祥等十三个将领“俱以功升北平都司”。除此，朝廷原来任命的都指挥佥事局成、袁成和张睦三人，因通燕而被朝廷“贬逐落职”,燕王又全部恢复了他们的旧职。这也表明，燕王已根本不受所谓藩王无升赏权的约束了。

燕王在对将士论功行赏的同时，也没忘掉那些战死的将土。他派二子朱高煦和三子朱高燧对自己部下阵亡的将士进行祭祀，并让世子朱高炽对阵亡将士家属进行抚恤。特别值得一提的是，燕王感到南军将士死了那么多， “深可哀怜”,于是派人收葬了他们的尸骨。他还命降将耿孝前往郑村坝一带，收葬“赅骨十余万”,埋葬于北山之麓，封上坟，植上树，并下令禁止在墓地放牧和打柴。他还遣官致祭，并亲自撰写了碑文。

燕王把这些南军将士之死归罪于“奸臣肆毒”。他们跟随明太祖创业有功，这次“徒为奸臣所驱迫”, “加害于我”,自己不得已，为自救而起兵相抗，所以他们战死疆场，不能怪燕王。引人注母的是，燕王在这里只是指责“奸臣浊乱朝纲”,而没有指责建文帝，这与他起兵时“清君侧”的调子是一致的。碑文要留存后世，所以燕王考虑得很周到，可见其心思缜密。