朱棣登基之后，特别重视边境的安全。在东北地区，他设立了奴尔干都司。那时黑龙江南北、乌苏里河东西，包括苦兀岛（即库页岛）在内的广大地区，都是奴尔干都司的辖境，先后设置了一百三十个卫所。西方则设了哈密卫，联结西域各国，把哈密建成统治西域的政治、军事和经济重心。
在南方，朱棣出兵安南，打击了屡次侵扰边境的安南国王胡桓，使其再也不敢蠢动。只是在北方，蒙古有鞑靼、瓦剌和朵颜三卫的兀良哈族三股势力时时威胁着大明国的安全。开始他利用“分则易治，合则难图”的策略，有时拉拢，有时打击。但到了永乐七年，鞑靼可汗本雅失里杀了朱棣派去的使者。朱棣派淇国公丘福帅师北伐。丘福轻信敌人的谣言，中了埋伏，全军覆灭。朱棣见事态严重，便决定亲征。
永乐八年正月，朱棣命太子朱高炽在南京留守，又命户部尚书夏原吉辅助皇长孙朱瞻基驻守北京，他自己亲率五十万大军，于当年二月，离开北京，向北进发。
五月，大军过胪朐（lúqú）河（今克鲁伦河）。朱棣骑马站在土丘上，见明军的几万骑兵，分成若干小队渡河。在沙漠地带奔驰了半天的战马，看到清凉的河水，个个低下头去饮。一时长河上下布满了饮水的战马。有些马应声附和，原野上回荡着雄壮的马嘶声。朱棣看着“哈哈”大笑。他回头问清远侯王友：“这条河叫什么名字？”
“胪朐河，又叫驴驹河。”
“叫驴驹河不好，我给这条河另起个名字吧，就叫饮马河。”
大军过了饮马河，扎营休息，并派出许多小队哨骑，探听本雅失里的下落。有一个小队捉到了一名鞑靼兵，经审问供出说本雅失里闻风潜逃，现驻在兀吉儿扎河（即今乌勒吉河）。兀吉儿扎河在饮马河以北四百里。朱棣怕大军行动缓慢，不等开到，敌人又会向北逃窜，就决定选出两万名轻骑兵，带二十天干粮，由他自己率领，去追袭敌人。
两万名轻骑兵，两万匹快马，在荒漠上风驰电掣（chè）般地猛奔，终于在斡难河（即今鄂嫩河）将本雅失里追上。本雅失里见逃不脱，只好返身来战。鞑靼兵仓促迎战，还没等列成阵势，明军已经杀到。朱棣率领两千骑前锋跑在最前面。他自己挺着长矛，身先士卒，直冲入敌阵中。鞑靼兵抵挡不住，那本雅失里怯起阵来，拔马便逃。鞑靼军跟着主帅向北逃去，朱棣长矛一挥，明军一部分在后追击，一部分抢前堵截。偏偏前边斡难河涨水，把鞑靼兵和辎重等隔在河这岸。结果本雅失里只带着七骑，游过斡难河，逃了性命。鞑靼太师阿鲁台听说本雅失里被明军追击，便带五万骑兵来救，但晚了一步，在回军途中也被明军消灭了。阿鲁台也右臂受伤，骑马逃走了。
朱棣大获全胜，回到饮马河大营，休息了几天，凯旋班师。六月，正是漠北的酷夏，朱棣拣早晚时行军，中午搭起帐篷休息。有时饮水不多，他让将士们先饮；吃饭时也是等将士们开饭了，他才肯动筷子。大军人多，缺少肉类，他也吃起素来。他的这些与士卒们同甘共苦的做法，充分表现了一个统帅的风格。明军班师，行到擒狐山。为了纪念这次北征，朱棣命令在山顶上勒石刻碑，碑文是：瀚海为镡（xín），天山为锷。一扫风尘，永清沙漠。走到清流泉，又在泉边的山上树一座碑：于铄六师，禁暴止侮。山高水清，永彰我武。
这年七月，大军回到北京。待到秋凉，朱棣才返回首都南京。朱棣卫国亲征的业绩永垂史册。