燕军撤了，铁铉却没想放过他们，与大将军盛庸一起乘胜追击，收复了德州几个郡县。

朱允炆没想到这个书生如此了得，“遗官赐金慰劳济南守军”。铁铉官升一级，加兵部尚书衔。免于战火的济南百姓对铁铉感激涕零，称他为“城神”。

建文四年（1402），在北平缓过气来的燕军再次南下进攻山东，却再也不敢碰济南，而是绕过这块差点要了朱棣小命的硬骨头，很快便拿下了东阿、汶上、邹县、沛县、徐州等地，直到攻占京师南京，建文帝下落不明，朱棣自立为帝，是为明成祖。

这时候的济南成了一座“孤城”，称帝后的朱棣自然不会允许它存在，挥师复攻济南。济南终因寡不敌众被攻破，逃到淮南的铁铉中计被俘，押到京师后被朱棣凌迟处死。

处死铁铉之前，朱棣对他进行了非人的折磨。他命令铁铉给他跪下，铁铉不但打死也不下跪，还骂不绝口，朱棣命人割下他的耳朵和鼻子，塞入他嘴里，问他好不好吃，铁铉厉声回答，忠臣孝子的肉当然好吃。

铁铉被凌迟处死后，朱棣仍不解恨，吩咐左右架起油锅，把铁铉的骨架丢进油锅里炸“油条”。朱棣咬牙切齿地说：“活着的时候你宁死也不屈服，如今你死了，非叫你屈服不可！”太监闻言，急忙用铁棍夹着铁铉的骨架，打算让其转身朝向朱棣，没想到油锅里突然传出一声巨响，爆炸的滚油像子弹那样射向太监们，太监们被烫得杀猪般叫起来。

“油沸蹙溅起丈余，诸内侍手糜烂弃棒走，尸仍反背如故。”

直到被炸得焦黑，铁铉的骨架也没有朝向朱棣。

那一年，铁铉年仅三十七岁。