在胶着期间，明朝都督瞿能奋勇当先，在他两个儿子的帮助下，率领精骑一千多兵，乘乱杀进了北平的张掖门，锐不可当。
攻入城门之后，燕兵拥上厮杀，瞿能父子一面抵挡，一面派人飞速报告李景隆派兵增援。李景隆妒忌瞿能的勇武，怕他夺取攻燕的头功，不仅没有派人支持，反而派信使阻止了瞿能，让他们退出城门，说是等大队明军一齐到达时一起再攻入城中。
“机不可失，失不再来。”燕兵连夜在城墙上泼水，天寒冰结，隔天早上整个北平城变成坚硬光滑无比的大冰墙，任明军再有天大的本事也攀爬不上。
北平守军争取了宝贵的时间，燕王朱棣回军在路上也十分的顺利。朱棣在会州还做了短暂休整，简阅了将士，把军队分为五军，各以郑和、朱能等勇将为帅，并把在大宁归附的蒙古骑兵分编入于各军。
十二月，朱棣所率领的燕兵乘着北河水冻结，突然对明先锋都督陈晖发起了进攻，大败明军，败逃的明军掉头逃跑，人多脚重，冰河大开，又淹死了无数人。燕兵乘胜追击，奇兵左右出击，连破明军七营，直逼李景隆的中军大营。郑和等人布署军马，列阵逼前，把明军逼得节节后退。
明军刚刚退到城下，北平城内城门大开，燕兵高呼从里面杀出，双方夹击。李景隆明军再也支持不住，他本人放弃大营连夜逃跑。隔天早晨，固守九门营垒的明军奋力抵抗，仍然被燕兵攻破四垒。仓惶之间，大家又听说主帅李景隆不知去向，顿时星散，丢弃兵粮，晨夜南奔。李景隆就像兔子一样，一直逃到德州。
建文帝隐约也听闻战事不利，就问黄子澄进展如何，由于李景隆是自己极力推荐的，黄子澄隐匿败战不报，回复说：“听说我军交战数胜，但是天气奇寒，士卒不能忍受，现在暂回德州，等待明年春天再大举进攻。”同时黄子澄派人急报李景隆不要以败讯上报。
建文帝不知情，派属下特诏加李景隆为太子太师，兼赐玺书、金币、御酒、貂裘。李景隆在德州召集整合各路明军，燕王朱棣也没闲着，他集合诸将说道。
“李景隆在德州休整，肯定想等明年春天再大举进攻，现在要做的是诱出南军使他们无暇休整。因此我想亲自率军进攻大同，大同告急，李景隆肯定会派军去救援。南兵的体力脆弱，大冬天在苦寒冰冷的北方往来行军，疲于奔命，因冻饿就会逃散不少。拖到明年春天，我们再依据形势击破朝廷的主力。”
经过几次恶战，已经见识了燕王的计策，燕将没有一人表示异议，都表示完全同意。于是燕兵在朱棣带领下直出紫荆关，攻克广昌。
建文二年，燕王朱棣又包围蔚州，不久明军守将投降。燕军兵不血刃，直进大同，声势甚猛。李景隆闻讯，连忙亲自率军救大同，明军这边从紫荆关进来，那边朱棣已经由居庸关回去，返回北平，兜个大圈，胜利回城。
这期间，最苦的事情是李景隆所带领的南兵，一路上饥饿冻死的有数万人之多，军队中被冻掉手指的士兵有十分之二三，战斗力大减。明军一路上随路丢弃铠甲，兵械损失，无法计算，所以春季攻燕的计划未能实施。
李景隆会兵德州，明军武定候郭英、安陆候吴杰等人也率兵到了真定。李景隆率兵过河间，前锋将已先期到达白沟河。郭英等人过保定，约定在白沟河与李景隆会军，合势而进。很快几路明军汇合，共有六十万兵，号称百万雄兵，在白沟河驻营，列下大阵，准备与燕兵一决雌雄。
面对这次来势汹汹、有备而来的南军，燕王朱棣仍然是波澜不惊：“李景隆这个匹夫之辈，仗着他的人多势众，然而人多势众是不可以依靠的。人多容易乱，攻击前面而后面不知道，攻击左边而右边不回应，将师不专，政令不一，甲兵粮饷，正是可以充当我军的资本。”于是朱棣先派郑和前往白沟，自己随后而行。
这次对阵，明军中确实不缺乏英勇的人才，前锋将平安从前曾经做过燕王朱棣的旗下大将，多次随燕王出塞进攻蒙元的骑兵，深晓朱棣的用兵之道。
两军对阵，平安马上率领一万多名的精骑直冲燕军杀来，平安本人身高体壮，骁勇善战，手持利矛，跃马入阵，一个人冲在明军最前面。瞿能父子也随后奋跃，所向披靡，杀伤不少燕兵。一波冲击过后，燕军损伤不少，小败。
在危急关头，燕将谷允和一个名叫狗儿的太监非常的勇猛，率领两股燕军与南兵对冲。朱棣本人亲自率兵夹击，双方混战一团，战到天黑，双方才各自鸣金收兵。此次交锋，燕军损失不少，平安前锋明军仅损失一百多匹战马。
由于明军在地里埋了不少土地雷，燕兵人马被炸死炸伤不少。双方夜深休息时候，燕王朱棣仅率领三骑殿后，中途迷路，最后趴在地上寻摸好久，找到河岸，才分辩出东西南北，跌跌撞撞地回到营中。
回营之后，朱棣命令郑和率领中军，朱能率领左军，陈亨率领右军，共集合全部马步军十多万兵，在黎明时分又向明军列阵而来。明将瞿能得胜心切，率领他的子弟兵纵马直荡燕将房宽军阵，明前锋将平安也在旁边掩护，荡破房宽数组，擒斩数百燕兵。
郑和等燕将见房宽军阵败北，皆面有惧色，朱棣不为所动，鼓励说：“胜负乃兵家常事，他们兵士虽然众多，但不过日中，我保证为诸君攻破他们。”说完，朱棣亲率精锐骑兵数千人突入明军的大阵，郑和与朱棣儿子朱高煦挥军齐进。
明军和燕兵举枪挥刀，马兵步兵混战在一起，双方大战一百多回合，死伤惨重。朱棣所骑的马多中流矢，换马就换了三次，他身边所带箭矢，也射光了三筒。最后这位燕王只能提剑奋击，最后拼得剑刃残缺，所骑马又被河堤绊倒，差点被明将瞿能一枪刺死。仓惶之下，朱棣奔逃到堤岸的高处，挥鞭向堤下招唤，佯装下面有自己的埋伏人马。
李景隆远远望见，生怕遭受埋伏，连忙发号明军退后。朱棣换乘新马，又率兵转身冲入阵内击杀。
明将平安武艺高强，在阵中往来突击，专门挑选燕军将领砍杀。没有多久，平安即斩燕将陈亨于阵，又砍断燕将徐忠的几个手指。朱高煦见局势危急，连忙率领精骑数千兵冲入阵中，与明军团团相杀，交缠在一起。此时朱棣本人已经疲劳至极，只是凭着意志力坚持不下。
战到正午，明将瞿能又率领守兵重新冲阵，口中大呼：“灭燕！”斩杀燕兵数百人。关键时刻，忽然一阵大风吹来，明军中最显眼的师旗忽然被吹折断，古人迷信，南军相视色动，许多人心中不由得惊惶失措。朱棣见状，指挥骑兵从侧翼突入明军阵中，驰击砍杀，与朱高煦合兵，在混乱中竟然把已经战至力竭的瞿能父子皆斩杀于阵。明将平安与朱能交阵，也被打败，兜马回走，于是明军列阵大崩，奔走逃跑之声如雷。
燕军乘风纵火，烧毁明军营垒，见大势已去，李景隆等人各自逃命，明军被杀及掉入河中淹死的有十多万人。燕军一直追到旧战场月样桥，明军又被杀被淹死数万人，横尸百余里。各路明军崩溃，只有魏国公徐辉祖一军独全。
李景隆跑到德州还未喘过气，燕兵已经追到，于是他又跑往济南，德州终于落入燕军的手中。
幸亏坚守济南的是建文帝忠臣铁铉，燕军兵锋才嘎然而止。铁铉本来是山东参政，负责催促督军饷为李景隆军队做后勤保障工作，他听闻明军大溃败的消息，铁铉收集溃亡的明兵，死守济南，任凭十多万刚刚得胜的燕兵轮番冲锋，巍然不动。
建文帝闻讯，马上升铁铉为山东布政司使，并招还败军之师李景隆，接着下诏以盛庸为大将军，陈晖为副将。
李景隆两次大战，丧失明军百万兵，由于他与朱明皇族有至亲关系的贵臣，建文帝竟然对他赦免而不诛杀。保荐人黄子淳又后悔又着急，痛哭上谏：“李景隆出师观望，心怀二意，如果不杀他，何以谢罪宗社，鼓励将士之心？”
副都御史练子宁也在朝会上抓住李景隆，历数他的罪刑，恳请建文帝诛杀这位三心二意、战意不坚的老花花公子，但毕竟是自己的表哥，建文帝并未答应。
燕王朱棣十几万大军，包围济南城三个多月，连攻不下，各种计谋失效之后，燕军便开始堵堰城外各条溪涧及河流水源，准备积水灌城，济南城内的守军、人民大为恐惧。铁铉镇定自若说：“别害怕，我有计策可以破贼，不出三日，贼兵必逃。”
铁铉安排了诈降计，他派壮士安装大铁板在城门圆拱上端，又让守城士卒大哭哀嚎：“济南城快被淹了，我们就要死了！”
不久就尽撤楼橹防线，派城中百姓长者代替守城军做为使者，到燕王大营跪伏请降：“朝中有奸臣进谗，才使得大王你冒危险出生入死的奋战。你是高祖皇帝的亲儿子，我们都是高祖皇帝的臣民，一直想向大王你投降。但是我们济南人不习惯兵马，见大军压境，深怕被军士所杀害。敬请大王退师十里，单骑入城，我们恭迎大驾。”
燕王朱棣不知道是计谋，听闻之后大喜。出征数日，燕兵已经疲乏至极，如果济南城投降，即可以割断南北，占有整个中原地区。因此朱棣忙着命令军士移营后退，自己骑着骏马，大张黄罗伞盖，只带着几个护卫，过护城河桥，径入城内准备受降。
城门大开，守城明军都齐聚于城墙上往下观看。燕王朱棣刚进城门，众士卒高呼：“千岁到！”
预先放置于门拱上的大铁扳轰然而落，幸亏朱棣命大，铁板稍落早了零点几秒，正砸中燕王所骑的马头。燕王滚落在地，大惊失色，身边的卫士忙着给他换一匹新马，一行人掉转马头就往外跑。济南守卒连忙牵挽护城河浮桥，可惜年久桥重，费了牛劲只拉起一米多高度，朱棣和一行卫士纵马奔腾而去。
狂怒之下，朱棣又挥兵攻城，铁铉伏于城头，大骂朱棣反贼，燕王大怒，搬来数门火炮对城内一顿狂轰。危急关头，铁铉亲自写下高祖皇帝朱元璋的神牌，悬于四城之上。见有朱元璋的神牌，燕兵不敢再用炮击，济南城得以保存。
相持之间，铁铉又常常出其不意，派骁勇的军卒白天黑夜从城内突击而出，骚扰袭击燕兵，搞得这群疲惫之师无可奈何，多有被杀伤。朱棣甚为愤怒，但无计策可施，和尚道衍劝说，认为燕兵师劳兵疲，应该回北平再图后举。朱棣听劝，班师回北平。
铁铉及明将盛庸等人乘胜追击，收复德州等地，兵威大振。建文帝下诏，拔擢铁铉为兵部尚书，协助盛庸准备北伐燕军。