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建文三年（1401年）底，有内臣自京师告密，朱棣得知南京空虚可图，决计改变战略。[45] 建文四年（1402年）正月，朱棣率师南下。四月，连破何福、平安大军。[46] [47] 五月克泗州、盱眙，[48] 兵指扬州。建文帝遣庆成郡主至燕师，乞割地求和，燕王不许。[49]

建文四年（1402年）六月，江防都督陈瑄以舟师降燕，燕师渡江，下镇江，直逼南京。[50] 谷王朱橞与李景隆开金川门降，南京城陷，宫中火起，朱允炆不知所终。

南京即位

建文四年（1402年）六月十七日，朱棣拜谒孝陵，然后在南京奉天殿即皇帝位。[258] 七月初一日，祭告天地，宣布革除建文年号，改当年为洪武三十五年，次年为永乐元年（1403年）。从此开始了他二十二年的统治。

朱棣即位后的首要任务是宣传自己即位的合法性和处置政治反对派。建文四年（1402年），朱棣攻占南京后，开列“奸臣榜”，诛杀了一部分建文朝臣，例如方孝孺及其宗族亲友被杀者八百七十三人，其门生卢原质、郑公智、林嘉猷皆殉难[146] ；黄子澄、齐泰等被诛杀灭族[52] ，练子宁之死，弃市者一百五十一人，家族被抄没戍远方者又数百人；[75] 陈迪之死，远戍者一百八十余人；司中之诛，姻族从死者八十余人；胡闰之死，全家抄提者二百七十人；董镛之死，姻族死戍者二百三十人。与此同时，朱棣并未将“奸臣榜”上的人全部诛杀，如张紞、王钝、郑赐、黄福、尹昌隆等人皆被宽宥任用。

朱棣对待朱标、朱允炆一系和其他藩王的态度也有所改变。改封吴王朱允熥为广泽王，衡王朱允熞怀恩王，徐王朱允𤐤敷惠王，随母妃吕氏居懿文太子陵园。[237] 朱允炆追尊的兴宗孝康皇帝，仍称懿文太子。在对众亲王的态度上，凡在建文年间被废黜幽系的诸王一律恢复了王位。[238] 他们纷纷到京师朝见新天子，朱棣动辄给予大量赏赐。这在表面上看来是遵从祖制以笃亲亲之谊，但实际上却寓有驾驭之意。在胁迫宁王结盟时，朱棣曾许宁王以“事成当中分天下”，但朱棣做了皇帝却不认旧账，不要说中分天下，就是宁王乞求苏州、钱塘也不获准，终于改封南昌。[239] [240] 朱棣还暗中削夺诸王的实际权力及军权。代王、岷王、齐王的护卫先后被削，连同母弟周王的护卫也被迫交出。必使其力不足与一镇相抗。

与此同时，朱棣诏告天下：建文时期更改的成法，全部恢复旧制。[58] 凡建文年间贬斥的官员，一律恢复职务。建文年间制定的各项法律规定，凡与太祖相悖的，一律废除；并大赦天下，除了犯谋反、大逆，谋杀祖父母、父母等重罪不赦外，其余罪无大小，通通赦免。[218] 但一些有利于民生的规定也被废除，如建文二年下令减轻洪武年间浙西一带的极重的田赋，至此又变重。