建文二年（1400年）四月，李景隆兵敗白溝河，李景隆率領殘余部隊逃亡濟南。朱棣認為追擊敵人的機會到了，于是他下令北軍全線發(fā)動反攻，意欲將60萬大軍一個不剩的全部送回西天老家。正當追擊時，一支精銳部隊擋住去路，率領這支軍隊的正是徐達的長子魏國公徐輝祖。徐輝祖沖燕王朱棣說：“燕賊，別來無恙！”朱棣率軍進攻，徐輝祖毫不示弱，多次抵擋住朱棣的進攻，徐輝祖為李景隆的撤退贏得了時間，朱棣被迫撤軍，徐輝祖也率軍退至濟南。此戰(zhàn)猛將瞿能戰(zhàn)死在了白溝河，平安則帶領著殘兵四處逃散。建文帝召回敗軍之師李景隆。
朱棣沒想明白建文帝怎么讓徐輝祖率軍前來了，朱允炆看來心里也清楚了，終于明白李景隆確實不靠譜，于是他召見徐輝祖，把大軍殿后的任務交給了他。徐輝祖的掩護不僅為敗退贏得了時間，還為下一次的反攻保存了力量。
這時遠在北平的朱高熾聽聞白溝河大捷的戰(zhàn)報后寫了一封書信呈給朱棣，書信中的內容大體意思是兒子恭喜父親成功攻下德州，在彼眾我寡情況下反敗為勝，扭轉戰(zhàn)機。兒提議讓將士們修整幾日，趁著我軍士氣正旺，休息幾日后，揮師攻占濟南。朱棣看后采納了他的意見。
建文二年(1400年)五月，朱棣的大軍輕松打下德州，那里存儲著官軍的大量糧草物資，全部落入燕軍的手中。隨后，燕軍乘勝南下，直逼濟南。盛庸是守衛(wèi)濟南的主將，山東參政鐵鉉協助他。兩個人有勇有謀，讓朱棣在濟南碰了一鼻子灰。鐵鉉是鄧(今河南鄧州)人，他是元代色目人后裔。鐵鉉性情剛決，聰明敏捷，太學讀書時，熟通經史，成績卓著，由國子生被選授禮部給事中，后調任都督府斷事。李景隆戰(zhàn)敗，河北及山東北部各城守軍皆望風而潰。朱棣在濟南城外大敗李景隆，隨之包圍了濟南。此時，濟南城內只有都指揮盛庸所部，兵力單薄。危急時刻，正在外地為李景隆的北伐軍運送糧草的鐵鉉聞濟南危在旦夕，火速趕赴濟南，與盛庸歃血為盟，約定死守城池。
六月八日，燕軍兵臨濟南城下。朱棣認識到濟南在戰(zhàn)略上的重要性，奪取濟南，進可南下金陵(今南京)，退可以劃黃河而割據。因此，他督促北軍筑長圍，晝夜攻擊。鐵鉉依仗濟南城池高大，拼死抵抗，并在夜間派出少數人馬焚毀北軍的攻城器具。朱棣見硬攻不克，就射書入城促降，希望鐵鉉像其他投降的守將一樣，放棄抵抗，歸降北軍。朱棣令人用箭將一封勸降書射進城內，鐵鉉見信后隨即效仿此法回信一封。朱棣打開一看，見是《周公輔成王論》一文。原來，鐵鉉意欲借此奉勸朱棣要效法輔佐侄子治理天下的周公，忠心輔佐侄子朱允炆。朱棣當然不會做周公，見鐵鉉拒降，只得繼續(xù)攻城。當這場攻守戰(zhàn)已持續(xù)了近3個月而濟南城依然固若金湯時，朱棣急了，打算掘開黃河大堤，引黃河水灌城。城中軍民很害怕，鐵鉉卻說:“不用擔心，有妙計可破，用不了三天燕王就得退兵。”
為了濟南百姓的安危，鐵鉉決定以詐降之計，誘殺朱棣。鐵鉉派壯士暗在城門上置千斤閘，又讓守城士卒大哭哀嚎“濟南城快被淹了，我們就要死了”。不久，盡撤樓櫓防具，派城中百姓長者代替守城軍做使者，到燕王大營跪伏請降:“朝中有奸臣進讒，才使得大王您冒危險出生入死奮戰(zhàn)。您是高皇帝親兒子，我輩皆是高皇帝臣民，一直想向大王您投降。但我們濟南人不習兵革，見大軍壓境，深怕被軍士殺害。敬請大王退師十里，單騎入城，我們恭迎大駕!”燕王朱棣一聽，面露喜色。連月的攻戰(zhàn)不息，真是太苦太累了，現在終于可以入城了，豈不令人高興。卻不知鐵鉉已在城門上方置放大鐵板，就待朱棣入城時將其擊斃。不知是計的朱棣果然僅率少量親信入城，剛進城門，鐵板自上急落，因城門樓上士兵放鐵板稍早一會，只砸傷馬頭，未傷著朱棣。朱棣知道上當，換馬而逃。事先埋伏好的士兵跳出攔截，守城士兵急忙收挽吊橋，眼看吊橋就要被挽起，朱棣策馬飛奔，才撿回性命?；貭I后，惱羞成怒的朱棣下令加緊攻打濟南城，連續(xù)用火炮轟擊城墻。眼看城池危在旦夕，鐵鉉機智地讓守城將士將明太祖朱元璋的神牌懸于城上，燕軍投鼠忌器，不敢再用炮轟擊城池。鐵鉉乘機將城墻修補牢固，又不斷派出小分隊出城騷擾燕軍。朱棣圍城數月不下，將士疲倦，南軍援軍又即將趕到，憂心忡忡，不知如何是好。他的謀士道衍勸他撤回北平休養(yǎng)后再南下，朱棣只好撤軍北返，鐵鉉與盛庸見燕軍后撤，便從后面一路掩殺并收復德州。
濟南解圍之后，鐵鉉在大明湖天心水面亭設宴，犒賞將士。朱允炆遺官賜金慰勞濟南守軍，又擢鐵鉉為山東布政使，不久，又加兵部尚書銜，贊理軍事協助盛庸準備北伐燕軍。得以免受戰(zhàn)火的泉城百姓于是稱鐵鉉為“城神”。朱允炆下詔以盛庸被命為平燕將軍，任總兵官。陳暉、平安為左右副總兵，馬溥、徐真為左右參將，鐵鉉進升為兵部尚書參贊軍務。
九月，朱允炆以盛唐代李景隆為大將軍，都督平安、吳杰為左右副將軍，再舉北伐。盛庸屯德州，平安、吳杰駐定州;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，至通州，突然轉師南攻滄州，生擒徐凱，殲萬余人。燕師進逼德州，誘敗盛軍于城外。其后沿運河而南，連克臨清、館陶、大名、濟寧等地。盛庸、鐵鉉率軍營于東昌(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(zhàn)死，被迫還師北平。建文三年(1401年)春，盛庸率軍20萬人駐德州，吳杰、平安駐真定，互為犄角，伺機出擊。三月，朱棣再次率師南下，大敗盛軍于夾河(今河北武邑境)，斬首10余萬人(參見夾河之戰(zhàn))。閏三月初十日，又誘敗吳杰、平安軍于滹沱河，斬首6萬余人(參見滹沱河之戰(zhàn))。乘勝連克真定、順德(今河北邢臺)、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(fā)兵斷其糧道，以迫其北歸，伺機殲滅。朱棣識破此計，于六月中旬，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(zhàn)兩年有余，燕師所克城邑旋得旋失，惟占據北平、保定、水平3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（南京）。