建文四年（1402年），經過四年的鏖戰，朱棣成功地率領軍隊攻下了南京城。六月十七日，在謁拜朱元璋孝陵歸來的途中，燕王朱棣及群臣導演了一場「黃袍加身」的勸進鬧劇，朱棣裝模作樣地在南京「勉強」即皇帝位。即位後，朱棣改次年為永樂元年。十九年後，朱棣把都城遷到他的龍興之地——北京。
在永樂元年（1403 年）之前，北京從來不叫北京。這裡曾經是女真族建立的金朝的都城，叫作「中都」，2010 年，考古工作者發現了面積約一千平米的金中都建築遺址；這裡也曾經是蒙古族建立的元朝的都城，叫作「大都」，有元大都城垣遺址為證。
元大都遺址公園 忽必烈象輦
1368年明朝建立後，朱元璋的大將徐達攻下了元大都，改名「北平」。為了加強北部的邊防，朱元璋在洪武三年（1370 年）將自己的第四個兒子朱棣分封到北平。洪武十年（1377年），朱棣離開南京，來到北平封地。此後，除了短暫地到南京覲見父皇以外，朱棣大部分時間都在北平。所以，我們可以想像，他應該已經習慣了在北平的生活。
對於朱棣來說，北平是他的福地，是他的第二故鄉。於是，善於揣摩上意的禮部尚書李至剛，在永樂元年正月給皇帝上了一疏，說：「自昔帝王，或起布衣平定天下，或由外藩入承大統，而於肇跡之地，皆有升崇。切見北平布政司，實皇上承運興化之地，宜遵太祖高皇帝中都之制，立為京都。」朱棣很高興地同意了，命以北平為「北京」。
然而，南京對朱棣來說卻是另外一層意義。儘管這裡是父親朱元璋確定下來的都城，然而一場皇位爭奪，已經讓南京染上了血腥。
朱棣即位後，對忠於建文帝的官員大肆屠戮。他讓有著「讀書種子」之稱的方孝孺替他寫即位的詔書，遭到方孝孺的拒絕。狂怒的朱棣下令誅殺方孝孺「十族」，據說比「九族」還多殺了「門生故吏」一類人。黃子澄、練子寧等人，也都遭受極殘酷的刑罰而死。一個人被株連，又會有更多的人受到連累，就像瓜藤一樣綿延不絕，形成了所謂的「瓜蔓抄」。15 世紀初的南京城，血腥、恐怖和疑懼的氣氛久久不散。
方孝孺（1357—1402年7月25日），明朝大臣、學者、文學家、散文家、思想家。洪武三十一年（1398年）惠帝即位後，即遵照太祖遺訓，召方孝孺入京委以重任。燕王朱棣誓師「靖難」，揮軍南下京師。惠帝亦派兵北伐，當時討伐燕王的詔書檄文都出自方孝孺之手。建文四年（1402年）五月，燕王進京後，文武百宮多見風轉舵，投降燕王。方孝孺拒不投降，結果被捕下獄。後因拒絕為發動「靖難之役」的燕王朱棣草擬即位詔書，被朱棣殺害。
民國年間，著名的學者黃裳先生遊歷南京，在文章中感嘆地說：「明朝在南京建都了兩代，燕王永樂靖難以後，大約是他看見在南京所流的血太多了，……近自朝廊，遠及附郭的雨花台，都血跡斑斑，難免目擊而心有不安，所以毅然遷都到了北京。」
這樣一番猜度，也許道出了幾分真實。畢竟，再強悍的心靈，於夜深人靜之時捫心自問，多少也會有幾分脆弱與不安吧！因此，將都城遷往北京，不僅能使篡奪皇位的副作用降到最小，也許還能讓朱棣的心靈多一些平靜。
這與武則天有異曲同工之處。當年武則天為了稱帝，大肆屠殺李唐宗室子弟與反對她的朝臣，因為殺戮太重不願意在長安住。她自永淳元年（682年）移居洛陽之後，大足元年（701年）十月二十年來首次西返長安。
心靈的不安，是一方面。另一方面，則是更為現實的考慮。
在1368年元順帝退出大都後，回到北方草原的蒙古政權仍然具有強大實力，史稱「北元」。洪武三年（1370 年），元順帝在應昌逝世，他的兒子愛猷識理達臘繼位，改年號為「宣光」，決心與明朝繼續展開角逐。為此，朱元璋將幾個兒子分封在對蒙古作戰的前線之上，如北平的燕王、大同的晉王、大寧的寧王、宣府的谷王。
靖難之役後，朱棣將寧王內遷到南昌，將谷王遷到長沙，明朝的北方邊境防禦因此被削弱。為此，朱棣在正式遷都北京之前，曾經三次發動對蒙古的戰爭。在這些戰爭中，北京是明朝軍隊的集合地點，也是軍隊給養的中轉站。因此，歷史學家們認為，朱棣遷都北京的現實考慮是要加強北部邊防，即所謂「天子狩邊」。
然而，也有歷史學家對「天子狩邊」的說法表示疑問。他們認為，遷都北京是因為朱棣有更宏大的視野。在朱棣看來，北京是天下的中心，「四方萬國，道里適均」。明末清初的學者孫承澤在《天府廣記》中形容北京說：「燕薊內跨中原，外控朔漠，真天下都會。」
對於雄才大略的朱棣來說，「溥天之下，莫非王土」，北方廣袤的草原，同樣應該在大明帝國的統轄範圍內。因此，北京作為「天下之中」，是當時朱棣對世界的想像。然而，隨著之後明朝軍事力量的日益削弱，「天子狩邊」也就越來越成為歷史事實！
明成祖朱棣狩獵圖
遷都顯然是一項極其巨大而複雜的工程。
行政權力向北京集中。永樂七年（ 1409年），朱棣第一次北巡。二月十一日，朱棣從南京出發，在三月初九到達了北京。在封建時代，天子所在的地方稱「行在」。因此，此時北京便成了「行在」。隨行的朝廷大員，職責中也多了「行在」的相應事務。例如，戶部尚書夏原吉成了「行在戶部尚書」，而且「兼掌行在禮部、兵部、都察院事」；兵部侍郎方賓則「兼掌行在吏部事」。
這表明，皇帝的北巡不純粹是遊山玩水，而是帶著一個處理政務的班子在行動。如果說之前將北平改稱北京只是一個名稱的改變的話，皇帝及政府大員的到來則表明此時的北京分擔了部分帝國行政的功能。
次年，朱棣率軍三十萬從北京出發，發動了對蒙古的第一次御駕親征，擊敗了蒙古的本雅失里汗及阿魯台。北徵結束後，他在十一月回到南京。
永樂 十 一 年（ 1413 年 ）， 朱 棣 再 次 北 巡， 到 永 樂 十 四 年（1416年）才回到南京；永樂十五年（1417 年），朱棣第三次北巡，從此再也沒有回到南京。實際上，從永樂七年（1409 年）第一次北巡開始，朱棣在南京停留的時間僅有三年左右。皇帝越來越喜歡住在北京，北京逐漸成為帝國的權力中心。
第二次北巡時，朱棣還命令將徐皇后的靈柩護送到北京。在北京北面的昌平，朱棣為徐皇后營建了陵墓。按照明朝太祖關於帝後合葬的定製，這座陵墓也將會是朱棣本人的陵寢。
南京地位下降的另一個標誌，是永樂十五年三月朱棣頒布的《 東 宮 留 守 事 宜 》。 此 前 朱 棣 北 巡， 太 子 則 在 南 京「 監國」。然而，太子由「監國」改為「留守」，說明南京的行政地位正在下降。而且，朱棣規定：「內外文武大小官員，俱從行在吏部、兵部奏請銓選。」這樣，處在北京的行在吏部、行在兵部掌控選任文武官員的權力，充分表明了帝國權力的北移。
科舉考試的會試，也從永樂十三年（1415年）起改在北京舉行。選才、任官都集中到行在北京，南京的「清閒」於是勢不可免。
因此，從永樂七年營建長陵起，朱棣想要放棄南京遷都北京的構想已然無法掩飾了。隨著權力的逐漸北移，遷都北京之心已經昭然若揭了。那麼，既然朱棣的決心已下，為什麼卻又要等到十餘年後才正式宣布遷都北京呢？
清代，大運河仍在發揮重要作用，圖為《康熙南巡圖》中所繪南北大運河的漕運景象
一旦決定遷都，面臨的第一個問題就是：糧食怎麼辦？大批政府官員和士兵湧入北京，糧食的需求大大增加了。然而，從唐宋以來，中國的經濟中心已經南移，在經濟上，北方要依賴於南方。元朝定都於大都，糧食卻要從江南海運而來。一旦南北運輸切斷，大都的糧食則無法自給自足。首先要疏通運河,這花了好幾年時間。漕運的暢通，溝通了南北之間的物質交流，南方的糧食及其他物資，可以源源不斷地向北供應，為遷都北京奠定了基礎。
朱棣還要解決他在北京的宮殿問題。在永樂七年（1409年）第一次北巡的時候，朱棣在所謂的「奉天殿」接受臣民的朝賀，實際上，「奉天殿」不過是當初燕王府的承運殿改了個名稱而已。如果遷都北京，自然需要有更符合皇帝身份的更高規格的宮殿建築群。
永樂十四年（1416 年）十一月，朱棣命文武群臣一起討論遷都事宜。由於群臣都清楚遷都是朱棣的夙願，自然不敢表示反對，而且對遷都北京的合理性做了一番夸頌。廷議群臣共同上奏說：「北京乃聖上龍興之地，北枕居庸，西峙太行，東連山海，南俯中原，沃壤千里，山川形勢，足以控四夷，制天下，誠帝王萬世之都。宜敕所司營建。」至此，營建北京宮殿群正式提上了日程。
故宮鳥瞰
大規模的宮殿營建，從永樂十五年（1417年）正式開始。但是，從永樂四年（1406 年）起，物料採辦的工作就已經開始了。物料的採辦，包括木、石、磚、瓦等建築材料。
採辦木料，需要進入深山之中，工作辛苦。在永樂四年，僅湖湘之地，就役使了十萬民眾入山采木。當時采、運木料的軍民，估計超過百萬。四川、浙江、福建，也都是重點的采木區域。四川屏山縣中都鎮附近的神木祠遺址，便是當初紀念巨木不由人力浮江而下的憑證。督辦官員一旦不能認真撫慰役夫，還會激起事變。永樂六年（1408 年），北京附近運木的役夫們就有「怨謗語」。永樂七年（1409 年），江西安福縣因采木而發生了李法良的叛亂。
永樂四年，磚瓦的製造工作開始了。在山東臨清，大量官窯正在燒制澄漿城磚。江南蘇州、松江（今上海）等地，則專門生產堅如鋼鐵、潤如墨玉的「金磚」，用以鋪設內殿。工部在北京設了五個大廠，分別是崇文門外儲木材的神木廠、朝陽門外的大木廠、崇文門內「貯薪葦」的台基廠、陶然亭一帶燒制青瓦的黑窯廠、和平門外的琉璃廠。據說，今天陶然亭公園的湖泊，就是當年取土製胚的遺蹟。
故宮三大殿
永樂十八年（1420年），北京宮殿群的建設工程基本竣工。竣工同一年的十一月，朱棣發布了次年將在新修的大殿上朝的諭旨。這年年底，朱棣的太子朱高熾和皇太孫朱瞻基也從南京馳赴北京。這表明，從此以後，「南京監國」或「留守」的政府系統也不再必要。
永樂十九年（1421 年）正月初一，朱棣在奉天殿接受群臣朝賀。然而，歡樂之聲沒有持續太久。就在同一年的四月初八，剛剛完工不到一年的三大殿在一場火災中化為灰燼。直到朱棣去世，三大殿也沒有得到重建。
朱棣的兒子朱高熾即仁宗即位後，下令將都城遷回南京。但是，朱高熾沒有實現遷都的願望就去世了。繼位的宣德皇帝朱瞻基，雖然仍以南京為都城，但他本人及其行政中心卻從來都沒有離開過稱作「行在」的北京。
直到朱棣的曾孫——正統皇帝朱祁鎮統治時期，三大殿才得以修復。正統六年（1441年）九月，三殿、兩宮重修完成。十一月初一，十五歲的朱祁鎮在奉天殿上接受群臣的朝賀，下詔「罷稱北京行在」，在南京各衙門的印信上加上「南京」二字。從此，北京名正言順地成為明帝國的首都。
《皇都積勝圖》(局部),描繪了明代北京城商業繁榮的景象
遷都北京，可以說是明朝初年最大的體制改革。對於明帝國來說，最大的威脅不是西方和南方，也不是東面和南面的海洋，只有北方的蒙古才足以構成真正的軍事威脅。需要大量屯兵的地方只是北方。以北京為都城，皇帝就能夠牢牢掌握那些軍隊，甚至可以親自統率軍隊征戰。
然而，遷都北京固然加強了明朝的北部邊防，但都城距離邊境太近，也容易成為遊牧的少數民族攻擊的目標。終明一朝，北京多次暴露在蒙古及滿洲等少數民族軍隊的直接攻擊之下。一旦大同、宣府等邊鎮告急，京師就將進入戒嚴狀態。
弘治十三年（1500 年），兵部在給皇帝的奏疏中說：「頃北虜入寇大同，勢甚猖獗，京師戒嚴，人心忷懼。」正統十四年（1449 年）和嘉靖二十九年（1450 年），蒙古騎兵兩度兵臨北京城下。
遷都帶來的間接影響，可能還包括朝廷對南方逐漸失去了興趣，以及相應帶來的航海事業的停止。法國年鑑派學者布羅代爾寫道：「（鄭和）的船隊於1433年7 月22日回到南京。……明代的中國無疑將面臨北方游牧民族日益強大的威脅。首都從南京遷到了北京。（大航海）這段歷史已經成為過去。」