建文三年（公元1401年）二月，燕军再度出击，三月，与盛庸大军相遇于滹沱河。朱棣带着十多个骑兵前往盛庸大营侦察，当夜就宿营在盛庸大营不远处。第二天，起来才发现已经陷入了重围，朱棣从容地骑着马，吹响号角穿过大营而去。盛庸手下众将，因为建文帝曾下诏令不许伤害燕王性命，只能眼睁睁地看着他离去，不敢引弓去射他。当日再战，正混战中突然东北风起，盛庸军处在下风口，尘埃遮目，形势极为不利。燕军乘机发起进攻，盛庸军大败。吴杰、平安引军接应盛庸，在藁城与燕军相遇，两军交战，吴杰、平安又败，逃往真定，两方战局进入胶着状态。朱允炆放逐齐泰、黄子澄，让他们外出招募军队勤王。

建文四年（公元1402年），有建文帝处罚过的太监到燕军中告密，申言南京城中空虚，防守兵力薄弱，可以攻取。朱棣听说，慨然说：“年年打仗，什么时候是个头？应该尽全部之力决一死战，不能再回头了。”于是十二月再次出师，欲倾全部兵力，直捣南京。

四月，燕军在馆陶渡过黄河，平安派四万骑兵从背后进攻燕军，被燕军击败。紧接着又与平安、何福带领的大军会战。两军混战中，燕军几次危亡都有惊无险，最终战胜平安、何福大军，活捉平安、陈晖以下明军将领三十七人，何福逃走。

五月燕军接连攻下泗州、盱眙，进逼扬州，驻军江北。朱允炆派朱棣的堂姐庆成郡主来到朱棣军中，请求割地而和，被朱棣拒绝了。

六月，江防都督佥事陈瑄带领水师叛变，归附燕军。朱棣组织盛大的仪式，祭奠长江，事后，从瓜州渡过长江。盛庸带领海船来攻击燕军，被燕军击败，燕军轻而易举地占领镇江。大军进至龙潭时，建文帝派大臣和诸王前来议和，被朱棣拒绝。进至金川门，谷王朱橞与李景隆开金川门投降燕军，南京自此陷落。

关于朱允炆的下落，有说他化装逃走的，也有说他自焚而死的。朱允炆的行踪在历史上是一个未解之谜，其中头绪众多，错综复杂，要分析起来，需要更多的篇幅，不在本文探讨范围之内。