朱棣决意雪耻，次年正月下诏亲征，集结50万大军，于二月十三日出居庸关北进，大军一路扫荡漠北，鞑靼部坚壁清野，远撤避战。经过周密侦查，五月终于在成吉思汗家乡斡难河捕捉到鞑靼军主力。五月中旬，朱棣与本雅失里在斡难河决战，朱棣身先士卒，率麾下亲兵冲锋，本雅失里大溃，仅带7人逃窜，朱棣随即下令将捕获的蒙古俘虏全部释放，并发放口粮。“攻心”下各蒙古部落纷纷来降，六月八日，朱棣军于飞云堑围困阿鲁台，阿鲁台以“请降”为缓兵之计。朱棣将计就计，先假意与阿鲁台谈判，继而发动突袭，以柳升的神机营火器轰炸，追杀百余里大破阿鲁台。七月三日，大军返归开平。至此，明朝的第一次北征，以重创鞑靼而结束。

    战后，永乐八年十二月，阿鲁台遣使谢罪，贡献马匹，并借机恳请朱棣允许他迁至辽东管辖女真部落。朱棣想用阿鲁台牵制瓦剌，故拒绝了阿鲁台的请求，但表示既往不咎。同年十二月，朱棣遣使将阿鲁台流落在明朝，失散近20年的哥哥和妹妹送回，从此两家关系渐近。但彼时瓦剌首领马哈木借机坐大，不但吞并了许多原属鞑靼的领土，更捕获了斡难河战后逃跑的蒙古可汗本雅失里。永乐十年（公元1412年）五月，马哈木杀本雅失里，并派使臣向明朝“邀功请赏”，朱棣深感马哈木“此奴骄矣”，双方裂隙日深。次年马哈木又派使者向明朝交涉，要求明朝归还投奔到甘肃、陕西等省的瓦剌部落，朱棣派宦官海童出使瓦剌，当面申斥马哈木罪过，双方关系日益恶劣。阿鲁台趁机在同年连续5次遣使入贡，七月朱棣封阿鲁台为和宁王，马哈木闻之大怒，频繁发兵攻打阿鲁台。十一月，马哈木大破阿鲁台，借机兵抵饮马河，意图彻底平灭鞑靼，统一漠北。为不使马哈木得逞，朱棣“决意讨之”。经悉心准备，次年三月十七日，朱棣率50万大军再度北进，特命皇长孙朱瞻基（即后来的宣德皇帝）随行，马哈木以诱敌深入计，派小股部队不断骚扰明军，且战且退，意图引诱明军深入作战再行围歼，朱棣一路向北，于六月一日抵达忽兰失温，马哈木已在此地集结瓦剌三部最精锐的数万骑兵。六月七日决战打响，瓦剌军屯于高山上，居高临下发起冲锋，朱棣命神机营以火器轰击，继而亲率铁骑冲击，瓦剌三部兵马尽数冲杀，双方陷入混战，一时僵持不下。明军都督朱崇以火器轰击瓦剌军右翼太平部（即“土尔扈特”军），打开缺口，丰城侯林彬（即后来客死越南的明“安南都指挥使”）从左翼包抄，在付出惨重伤亡后冲垮孛罗部，朱棣趁机率亲兵冲击马哈木中军，更命火器齐射，殊死冲击加“高科技”，瓦剌终于全线崩溃，明军乘胜追击，在土刺河再破瓦剌军，马哈木、太平、孛罗3人趁天色已黑分头逃窜。朱棣本想继续北进，但随行的皇长孙朱瞻基劝他“不须穷追”，随即撤兵。此役令瓦剌伤亡惨重，实力大损。蒙古高原局势，再次回到“相互牵制”中。

    瓦剌“顺宁王”马哈木屋漏偏逢连夜雨。永乐十三年，阿鲁台发动奇袭，杀掉马哈木拥立的傀儡可汗答里巴，马哈木转立成吉思汗弟弟的后裔额森虎为可汗，次年进兵斡难河，又被阿鲁台击败，其本人被杀。朱棣闻讯后遣使吊祭，并命其子脱欢继承“顺宁王”爵位。永乐十七年，十九年，阿鲁台两攻瓦剌，大获全胜，春风得意下，他再次拒绝向明朝朝贡，并拉拢兀良哈三卫共同反明。眼看漠北的“平衡”将再次被打破，朱棣于永乐二十年（公元1422年）发动第三次亲征，大军于三月三十日出师，在漠北扫荡数月，最远抵达今蒙古乌兰巴托附近，此时阿鲁台早已远逃。七月，朱棣在回师路上下令对勾结阿鲁台的兀良哈三卫进行攻击，在内蒙古屈裂河大破兀良哈，兀良哈遣使谢罪，朱棣遂班师回朝。阿鲁台虽逃脱，但实力大损，于同年接连被脱欢击败。耿耿于怀的朱棣于第二年七月借口阿鲁台图谋犯边，发动了第四次