灵璧之战后，燕军向东南方向直线前进。五月初七下泗州，朱棣谒祖陵。盛庸在淮河设下防线阻碍燕军渡河，朱棣在尝试取道淮安、凤阳受阻后，遣朱能、丘福率士兵数百人绕道上游乘渔船渡河，五月初九从后方突袭盛庸，盛庸败走。燕军遂克盱眙。五月十一日，燕军向扬州方向前进，五月十七日，到达天长（扬州西北50公里）。守扬州的监察御史王彬本想抵抗，但属下反叛，趁其沐浴时绑缚之。五月十八日，扬州不战而降。随后高邮归降。
五月二十二日，朱允炆遣庆成郡主（朱元璋的侄女、朱棣的堂姐）与朱棣谈判，表示愿意割地。朱棣说“此奸臣欲姑缓我，以俟远方之兵耳。”郡主无言以对，遂返。六月初一日，燕军准备从浦子口渡江，但遇到了盛庸最后的抵抗。燕军战不利，朱棣打算议和北还。此时朱高煦引兵来援，朱棣非常高兴，说“努力罢！世子常常生病啊。”暗示朱高煦有机会取得储君宝座，于是朱高煦大受鼓舞，率众殊死战，击败盛庸。随后中央军的一支水军部队降燕，燕军遂于六月初三日自瓜洲渡江，并再次击败退守此地的盛庸。六月初六日，燕军至镇江，守将率城投降。
六月初八，燕军驻扎于龙潭（距京师金陵东约30公里），朝廷大震。朱允炆徘徊殿间，召方孝孺问计。有人提议逃往内地以图兴复，方孝孺表示城中尚有二十万兵，应坚守待援；即使真战败，国君为社稷而死，是理所应当的。可以再派大臣、在京诸王前往谈判以拖延时间。于是六月初九，派李景隆、茹瑺等见朱棣，再次谈判；朱棣表示割地无名，只要奸臣。六月初十，遣谷王朱橞（建文元年逃回京城）、安王朱楹等第三次前往谈判，无果。六月十二日，外出募兵的大臣们仍未返回，朱允炆只得派在京诸王和武臣们守卫各门。时左都督徐增寿（徐达子，辉祖弟）谋内应，被一群文官围殴。次日（1402年7月13日），燕军抵金陵。徐增寿作内应，事败，被朱允炆亲自诛杀于左顺门。守卫金川门（位于南京城西北面）的朱橞和李景隆望见朱棣麾盖，开门迎降。
燕王进入京城，文武百官纷纷跪迎道旁，在群臣的拥戴下即皇帝位，是为明成祖，年号永乐。历时四年的“靖难之役”以燕王朱棣的胜利而告终。