燕王朱棣十几万大军，包围济南城三月有余，连攻不下。诸策失效之后，燕军便堵堰城外各条溪涧及河流水源，准备积水灌城。济南城内守军、人民大惧。铁铉镇定自若，说：“别害怕，我有计破贼，不出三日，贼兵必遁！”
铁铉安排“诈降计”。他派壮士安装大铁板在城门圆拱上端，又让守城士卒大哭哀嚎“济南城快被淹了，我们就要死了！”不久，尽撤楼橹防县，派城中百姓长者代替守城军做使者，到燕王大营跪伏请降：“朝中有奸臣进谗，才使得大王您冒危险出生入死奋战。您是高皇帝亲儿子，我辈皆是高皇帝臣民，一直想向大王您投降。但我们济南人不习兵革，见大军压境，深怕被军士杀害。敬请大王退师十里，单骑入城，我们恭迎大驾！”
燕王朱棣不知是计，闻言大喜。出征数日，燕兵疲极，如果济南城降，即可割断南北，占有整个中原地区。因此，朱棣忙令军士移营后退，自己高骑骏马，大张黄罗伞盖，只带数骑护卫，过护城河桥，径入城内准备受降。
城门大开。守城明军都齐聚于城墙上往下观瞧。燕王朱棣刚进城门，众士卒高呼“千岁到！”预先置于门拱上的大铁扳轰然而落。幸亏朱棣命大，铁板稍落早了零点几秒，正砸中燕王所骑马头。燕王滚落于地，大惊失色，身边卫士忙给他换一匹新马，一行人掉转马头就往外跑。济南守卒连忙牵挽护城河浮桥，可惜年久桥重，费了牛劲只拉挽起一米多高，朱棣和一行卫士纵马腾逸而去。
狂怒之下，朱棣又挥兵攻城。铁铉伏于城头，大骂朱棣反贼。燕王大怒，搬来数门火炮对城内一顿狂轰。危急关头，铁铉亲书高皇帝朱元璋神牌，悬于四城之上。见有朱元璋神牌，燕兵不敢再用炮击，济南城得以保存。
相持之间，铁铉又常常出其不意，派骁勇军卒白天黑夜从城内突出，骚扰袭击燕兵，搞得这群疲惫之师无可奈何，多被杀伤。
朱棣愤甚，计无所出。和尚道衍劝言，认为燕兵师老兵疲，应回北平再图后举。朱棣听劝，班师回北平。
铁铉及明将盛庸等乘胜追击，收复德州等地，兵威大振。
建文帝下诏，擢铁铉为兵部尚书（齐秦当时已卸任），协助盛庸准备北伐燕军。
1400年10月，建文帝下诏，命大将军盛庸统平燕诸军北伐。副将军吴杰进兵定州，都督徐凯等人屯于沧州。