建文帝部署兵力，奋力平叛。在最初的战斗中朝廷的兵力占绝对优势，不过由于大将李景隆的指挥不当，明军屡遭败绩。
尽管燕军气势汹汹，并曾攻下城邑，但鏖战三年，燕军仅据北平、保定、永平三郡而已。战争出现僵持局面。
在此期间明军中涌现出了一批比较优秀的将领，他们的顽强抵抗给朱棣造成了极大的威胁。
这时一些被建文帝处罚的不法宦官向朱棣透露了京师空虚的情报，并表示愿充当燕军内应，朱棣正确分析了形势，只要建文帝在一天，地方军就会抵抗一天，而且自己就是叛王，但如果一旦攻占南京，成为一国之君后，相信也没有多少人反对，因为大家都是观望的态度。于是朱棣改变以往攻城夺地的战略，率军直捣南京。
建文四年，燕军渡过长江，兵临城下。此时的建文朝廷已经乱作了一团，很多地方将领按兵不动。
齐泰、黄子澄借募兵为由，离京奔广德、苏州。左都督徐增寿密谋私通朱棣作为内应，被朱允炆察知，亲手将他砍死。
守卫金川门的谷王朱穗和大将李景隆私自开门降燕，让燕军杀入城内。
朱允炆闻报，流泪说道：「朕未曾薄待朱穗、李景隆等人，他们竟在紧要关头背叛于朕。」忠于建文帝的御史连楹假意投降朱棣，挨近马前行刺不成被朱棣所杀。
朱允炆听说后叹道：「如此忠臣，朕却不重用，这是朕的过错，悔之不及，朕还不如一死以殉社稷吗」。
说完拔刀就要自杀，被左右死命阻住，朱允炆无奈，又见警报迭传，下令纵火焚毁皇宫。
朱棣杀入宫中，搜寻了三天，始终没有找到朱允炆，追问内侍，他们也不知朱允炆是死是活，只知他下令纵火后就不见了踪影。
马皇后和大多数妃子、内侍都被烧死，内侍们怕朱棣不信，找了一具残骸说成是建文帝的尸骨。朱棣命人从灰烬拨出残骸，已是满身焦烂，四肢不全，分不清男女，只得下令以天子礼殓葬。
此时朱棣的靖难之役宣告成功，自己也登上了帝位，年号永乐。
正如朱棣所料，地方上几乎没有人反对。而在朝廷内却是另一番情景，投降的文臣只有廿四人，其他或逃跑、或自杀却有千人。永乐朝廷几乎无人可用，可见建文帝在文人士大夫心目中的地位是相当高的。
建文帝作为皇帝他太过仁慈，有时甚至优柔寡断。如果让他作臣子，相信他可以爱民如子，两袖清风，但作皇帝不一样，皇帝注定与铁血分不
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