戰爭初期，燕軍在軍事、政治、經濟上均處於劣勢，故其戰略為：鞏固北平根據地，利用內線作戰的有利條件，迅速變被動為主動，求得各個擊破。七月五日，朱棣擊敗朱允炆部署在北平的軍隊以後，連克通州（今北京通州區）、薊州（今天津薊州區）、遵化、密雲、居庸關、懷來、開平（今河北赤城獨石口）、龍門（今河北赤城龍關）等地，從而鞏固了北平根據地，為南下進攻打下了基礎。而此時，朱允炆憑借其軍事、政治、經濟上的優勢，集中強大兵力，分進合擊，想迅速將燕軍包圍在北平地區並殲滅之。七月二十四日，以長興侯耿炳文為大將軍，駙馬都尉李堅、都督甯忠為左右副將軍，率師北伐。八月十二日，耿炳文率軍30萬人進駐真定（今河北正定），都督徐凱領兵10萬人紮營河間（今屬河北），都督潘忠駐莫州（今河北任丘），都督楊鬆率軍9000人為先鋒扼雄縣。朱棣乘北伐軍部署未定，率軍主動出擊。八月十五日夜，攻破雄縣，楊鬆全軍覆沒。
二十五日，燕軍直搗真定，敗耿炳文軍於滹沱河，斬首3萬餘級，餘眾入城堅守，燕軍攻城3日不克，棄圍北還。八月底，朱允炆以曹國公李景隆代耿炳文為大將軍，率軍50萬人進駐河間，再圖北伐，並令江陰侯吳高等圍攻水平（今河北盧龍）。九月五日，朱棣隻留下少數兵力防守北平，自率主力往援水平。吳高不戰而走，燕師連下水平、山海關，進取大寧（今內蒙古寧城）。李景隆趁虛率師圍攻北平，不料遭到守城燕師的頑強抵抗。十一月四日，朱棣回師北平，與留守部隊配合作戰，內外夾擊，大敗李景隆軍於鄭村壩（今北京東20裏），斃傷十餘萬人。李景隆退還德州。
建文二年（1400年）四月初一，李景隆率軍60萬人從德州分兵兩路，大舉北伐。朱棣率軍10萬人迎戰。兩軍會戰於白溝河（今河北雄縣境內）。經過數日激戰，李軍大敗，燕師乘勝攻克德州。李景隆退守濟南。燕師跟蹤追擊，進圍濟南，遭到山東參政鐵鉉與都督盛庸的頑強抵禦，圍城3個月而不下，且後方又受到北伐軍的威脅，遂撤圍還師北平。九月，朱允炆以盛庸代李景隆為大將軍，都督平安、吳傑為左右副將軍，再舉北伐。盛庸屯德州，平安、吳傑駐定州，都督徐凱營滄州，互為犄角以困北平。十月，朱棣獲悉盛軍北進，遂佯稱攻遼東而至通州，突然轉師南攻滄州，生擒徐凱，殲萬餘人。燕師進逼德州，誘敗盛軍於城外。其後沿運河而南，連克臨清、館陶、大名、濟寧等地。盛庸、鐵鉉率軍營於東昌（今山東聊城）以扼燕師歸路。十二月二十五日，燕師歸至東昌，遭盛軍截擊，死傷數萬人，主將張玉戰死，被迫還師北平。
建文三年（1401年）春，盛庸率軍20萬人駐德州，吳傑、平安駐真定，互為犄角，伺機出擊。三月，朱棣再次率師南下，大敗盛軍於夾河（今河北武邑境）。閏三月十日，又誘敗吳傑、平安軍於滹沱河。乘勝連克真定、順德（今河北邢台）、廣平（今河北永年）、大名等地。朱允炆為緩兵之計，下詔赦燕王罪，企圖使其懈怠；同時發兵斷其糧道，以迫其北歸，伺機殲滅。朱棣識破此計，於六月中旬，遣都指揮使李遠率輕騎6000人南下，連克濟寧、沛縣等地，焚盛軍糧船數百艘、糧數百萬石，京師（今南京）大震。七月，盛庸乘燕師南下，令平安率萬騎攻北平；大同守將房昭回攻保定。朱棣聞訊，率軍回援，大敗其軍，還師北平。燕師與建文帝軍隊在河北及魯西爭戰兩年有餘，燕師所克城邑旋得旋失，唯占據北平、保定、水平三府。朱棣深感南軍兵多勢眾，曠日持久，攻防俱難，遂決定乘虛直搗京師。
建文四年（1402年）正月，朱棣督軍南下，繞過濟南，連下東阿、東平、汶上、兗州、鄒縣、沛縣、宿州，直抵蒙城、渦河（今安徽境內）。三月初九，於淝河（今安徽境內之北淝水）設伏，擊敗尾隨而來的盛軍4萬餘人。四月，燕師屯小河（即今安徽境內之濉河）。南將都督何福率軍北援，與平安會合，軍勢甚盛，兩軍在齊眉山（今安徽靈璧境內）交戰，燕師損失慘重，軍心動搖。朱允炆在此關鍵時刻，召徐輝祖所部還京，前線力量銳減，何福被迫退守靈璧。燕師迅速切斷其糧道，乘機進擊，大敗何福、平安所部，俘其10萬人，攻克靈璧。至此，朱允炆在淮河以北的主力已基本喪失殆盡。五月初，燕師乘勝南進，一舉突破盛庸淮河防線，連克盱眙、揚州、高郵、泰州、儀真（今江蘇儀征）等地。六月三日，燕師自瓜洲再破盛庸、徐輝祖長江防線，連克鎮江、龍潭。朱允炆聞訊，急忙答應割地求和，朱棣不允。十三日，燕師進抵南京金川門，守將李景隆和穀王朱穗開門迎降，朱允炆在宮中自焚身死（一說出逃為僧）。朱棣即皇帝位稱成祖，改元永樂。建文帝的帝王之旅，匆匆四年即告結束。
家族間的紛爭，孰是孰非，難以定論。朱家天下並沒有因這場爭奪而受到影響，寶座上坐的依然是“朱”姓皇帝，而受苦受難的也依然是天下勞苦百姓。