改革编制
朱棣统治时期军事组织在武装力量的结构方面经历了四大变化。第一个变化是取消了护卫。第二个变化是把大部分驻在南京的京卫调到北方，并把某些北方的部队提到亲军的地位，这就使驻北京的京卫成为帝国中最大的一支部队。第三个是在京师设营，士兵们通过营定期从地方部队轮换去边境防线服役或进行征战，并在营中操练和受训。第四个大变化包括在长城沿线组织边防的镇;这个措施是永乐帝对付这条边界以北的游牧入侵者的新战略的组成部分。
朱棣取消藩王护卫的愿望是很容易理解的;在朱元璋统治时期建立的分封制下，亲王具有广泛的权力。朱棣曾经利用这种权力建立了自己的军队;这个经验促使他解散护卫，并让他自己的儿子们离开军镇。在内战期间，他的长子和次子都参加过战役。但是在他登基后，当他在外征战时，他让长子当摄政;次子则因策划反对其兄长而在1417年被捕。
同时，像建文帝做过的那样，朱棣也感到非削弱其他亲王——都是他的弟兄——的权力不可;许多亲王被指控有罪而遭到清洗，他们的护卫被解散。
因此，到朱棣统治结束时，在原来朱元璋建立的30支藩王护卫部队中，只有4支完整地保留下来。朱棣原来为燕王时属于他的3支护卫部队，即燕山卫，被并入组成北京皇帝私人军队的亲军之中。剩下的23支护卫部队中，有的被调驻不同的地点。其他的则被解散，它们的部队被改编成京师的新的卫。从此，授给新王的封地很少设护卫，到明朝末年，属于军事编制的藩王卫队不到12支。
把军事卫队调往北直隶之举是永乐年间进行的意义最为深远的一项军事改组。在朱元璋统治下，南京的41支卫队合称为京卫;这些部队包括皇帝私人的12支亲军和29支隶属于五个都督府的护卫部队。当朱棣以北京为京师时，他把南京的许多这些护卫部队调到北方。到1420或1421年，北京的卫包括以下三个部分：原属北京都督府的卫;原来的南京京卫;原属诸王的护卫部队。少数已解散的其他部队也从其他省调到北京。京卫的核心是由构成皇帝亲军的22支护卫部队组成。它们包括3支燕山护卫部队、原属北京都指挥使司的16支护卫部队中的7支，以及曾隶属于南京皇帝禁军的12支部队。这22支护卫部队包括159个所;这些部队号称共有190800人(一卫包括1200人)，但是实际人数很可能大大低于此数，因为到朱元璋时期末年，各地区的卫大致只有它们足额兵力的5/8。 其他6支部队并入皇帝亲军的部队依然归他直接调遣;其中3支原属前北京都督府，3支由各解散部队的士兵组成。这些部队提供了进行建设工程的大部分士兵。
南京的军事编制包括29支其他的护卫部队，每支部队分归前京师的各军都督府之一指挥。到1420年，这些部队中大约19支已调往北京，剩下的则是专事水上作战的部队。1420年以后，南京的军事编制由17支隶属于皇帝私人军队的护卫部队和32支由南京五个都督府联合指挥的部队组成。同时，南直隶外围城市原属南京中军都督府管辖的部队则改由北京的中军都督府管辖;这进一步削弱了南京行政的权力。1421年随着北京周围的地区成为北直隶，北京的后军都督府开始对该地区进行指挥。从此以后，北京的后军都督府统辖了16支护卫部队，其中11支后来负责守卫皇陵。
在改组过程中，大批人民搬迁至北京及其周围的地区。至少有435个所，即明朝全部部队的25—30%驻扎在北京地区，其中335个所原从明朝的其他地方迁来。如果采用前面的计算，这些部队的实际总兵力约为25.1万人，但是真正的数字可能略高。另外，许多士兵有家眷。1393年的人口统计数字表明，北京地区有定居人口1926595人。因此，有理由认为15世纪初期北京省(1403年以后之称)的人口很可能大大地超过200万。总之，在1422年以后，长驻在北京的部队形成了首都居民的相当大的一部分，这样就大大地加剧了供养基本上是依附人口的问题。
对外战争
永乐时期对外战争也规模扩大，永乐四年(1406年)出兵收复安南(今越南)，永乐五年(1407年)在河内设立了交趾布政司(行省)，对其进行直接统治。
为了彻底解决大元朝的残余势力，从永乐八年(1410年)开始，朱棣亲自率领明军进行北伐。蒙古势力遭到永乐帝的连续打击后，此后数十年都无法对明朝构成威胁。
永乐七年(1409年)，明朝在黑龙江下游东岸特林地方，设立了奴儿干都司，管辖今黑龙江、乌苏里江、松花江流域和库页岛等地。
亲征蒙古
第一次蒙古之役的发动是实行报复，因为1409年东部蒙古的本雅失里汗处决了中国人派出的一个使节，其后丘福所统领的大规模讨伐又被打败。在1409年9月胪朐河的战斗中，丘福和其他几名高级将领都在蒙古知院阿鲁台手下丧生。经过悉心的计划之后，1410年3月，朱棣率领逾30万的大军从北京出发，通过宣府北向兴和，直抵胪朐河。他及时抵达位于斡难河畔本雅失里汗的大帐，按照史书记载朱棣在6月15日把它摧毁。但是，本雅失里汗并未丧生，而是向西逃去。7月份，明军追赶本雅。
失里的知院阿鲁台东至分隔蒙古和满洲的兴安岭，并在一次大战中打败了他。但是，明朝的军队又一次没有能完全地使他屈服。正在这个时候朱棣从大草原撤兵，于8月中旬回到了南京;他宣布取得了胜利。
1410年的战役未能给北方边境带来安全。在西北的瓦剌蒙古人此时构成了新的威胁。1409年，被明朝册封为王的强大的酋长马哈木在他逃避中国军队时于1412年春刺杀了本雅失里。他然后在蒙古的旧都哈尔和林立了一个傀儡君主，并且开始向东进军去对付阿鲁台，其明显的目的是要统一蒙古民族。明朝廷试图在这两个对手之间进行挑拨。阿鲁台在1413年7月被封为和宁王，并被授予朝贡制度下的贸易特权。1413年末阿鲁台告知明朝廷，马哈木的军队已跨过胪朐河，这件事促使朱棣发动了第二次蒙古之役。
经过几个月的准备之后，第二次蒙古之役在1414年4月开始。朱棣这一次又亲统大军，在西蒙古人向东蒙古迁移时力图集中力量把他们歼灭。明军深入到蒙古，与马哈木的大帐交战于土剌河上游。在接下来的战斗中，明军使用了大炮攻击瓦剌人。虽然明军遭受重大损失，他们仍迫使瓦剌人退却，马哈木率众溃退，兵力锐减。这次战役打了不足五个月，朱棣于8月份凯旋回到北京。他在班师途中想与东蒙古人的阿鲁台会见一面，但阿鲁台假装生病，避而不见。可是，阿鲁台继续进贡了几年。
马哈木死于1416年，他的大帐随之而来的解体暂时解除了西部很不服节制的瓦剌蒙古人的威胁。这就使得朱棣能够转移注意力来建设新都北京。这也促使阿鲁台向西把他的影响扩展到瓦剌诸部，他开始就明朝接受他的使节和他的津贴的数额与明朝廷发生争执。到了1421年阿鲁台停止了进贡，他的徒众们也时不时地越境进行零星的袭击。朱棣的反应是准备再进行一次战役;但是这一次他在朝廷内遇到户部尚书夏元吉及其他高级官员以军费为理由的顽强的反对。朱棣占了上风：夏元吉被囚禁，他的副手方宾自杀。
1422年4月朱棣离开北京，亲统大军去讨伐阿鲁台。此时阿鲁台已经占领了张家口之北的兴和要塞，并且降服了屏障明朝东北边境的兀良哈三卫;他计划在长城附近阻止住中国军队，使之不能靠近他的基地。朱棣却是直趋多伦(在开平卫)附近的阿鲁台的营地，同时派了2万人马进攻兀良哈三卫，终于在7月使之降服。等到明军抵达多伦时，阿鲁台携人马远遁至外蒙古。朱棣不想穷追不舍，在9月末返回了北京。[38]
1423年，朱棣发动了第四次反对阿鲁台的战役，以阻挡他们对北方边境的迫在眼前的进攻。这是一次小规模的远征行动，朱棣直到8月末才离开北京。明军在通过了兴和和万全以后尚未能与阿鲁台的人马接触。朱棣在10月份才知道阿鲁台已被瓦剌人打败，他的部队也已溃散。所以他在12月返回北京，这次战役是无功而还。
1424年，他发起了他的最后的第五次蒙古之役。朱棣对阿鲁台的党羽侵入开平并南下进迫大同作出反应，在北京和宣府集结了大军。4月初，他在视察了军队之后便统率远征部队离京作最后一战。在以后两个月时间内，明军通过土木进抵开平之北，但是又没有能够遇上阿鲁台的大帐。有些将官请求给一个月粮草以便深入敌人领土，但朱棣担心他自己已经过份地深入敌境，就拒绝了这些建议，并撤回了他的军队。1424年8月12日，朱棣病逝于多伦之北的榆木川，留下的蒙古问题和他登极初年一样悬而未决。
南征安南
安南是现今越南的北部，它本是一个受中国文化强烈影响的藩属国家;但它自10世纪以来在政治上一直是独立的，并且顽强地反对中国的政治干涉。早期的中国统治者们充分注意到了安南的战略重要意义，曾经想间接通过外交和文化压力来迫使它就范。朱元璋1395年的《祖训录》曾把安南以及占城国和柬埔寨一起都包括进不征之国。朱棣不顾这种祖训，认为安南的内部事件威胁着明朝的安全，于是他想把安南并入明朝的版图。
安南的平定工作是一个难于处理的重大问题。中国行政结构的强行建立马上引起了安南人的反感;他们开始到处反抗明军。张辅的军队粉碎了这种地方性的反抗，在1408年他和他的主力部队返回了中国。1408年9月，原陈氏官员陈 首先举起了有组织的反叛的旗帜。他建立了大越王国，并攻占了义安府城和其他几个城镇。曾经在征服安南中起过重要作用的沐晟，这时又受命带领云南军队来平定这场叛乱。可是，陈 的军队很熟悉当地的地形，又得到人民的支持;因此他一再打败了沐晟的军队。1409年秋，张辅又被派回安南来挽救局势。经过了一次周密计划的进攻之后，1409年12月张辅打败了陈 ，并捉到了他。张辅在1410年初被召回后随驾出征北方边境的阿鲁台，留下沐晟再一次负责交趾的事务。
陈 的一个侄儿陈季扩登上了陈氏的王位，他一直未被抓住，因而变成了越南人抗战的领袖。沐晟对他的进攻没有什么进展。明廷想安抚陈季扩和他的支持者，把他封为交趾右布政使;他拒不接受，战事仍在继续。1411年初，张辅再次被派往安南，随带2.4万人。他连胜两仗，夺回了于1408年失陷的义安府城。但是，叛军回避打阵地战，叛乱继续拖延了三年，直到陈季扩在1414年3月30日最后被俘为止。张辅在1415年暂时被召回南京，但又不得不返回交趾以扑灭另外几次叛乱。可是，这时的抵抗很轻微，到了1416年底他和他的大部分中国军队都被召回国。
李彬在1417年2月取代张辅的时候，局势已经恶化了。安南人不满情绪的加剧是由于被派到安南来为建造新都北京而搜集材料的宦官马骐，增加了对安南的税收和木材的要求。1417年末和1418年初发生了几起暴乱。叛乱分子聚集在黎利(约1385年—1433年)手下：此人是清化的一名纠纠武夫，曾经追随过陈季扩，现时已自封为王。他在1419年和1420年都和明军打仗，但两次都失利。他于是用游击战继续抗争，并且赢得了乡村人民对他的忠诚，他在乡村中被视为抵抗运动的象征。尽管投入了大量的作战军队和行政支持，中国人发现不可能把叛乱运动镇压下去，安南战争一直消耗着朝廷的财力。在永乐末年明朝也仍然未能镇伏叛乱。这种失败引起了朱棣诸继位者的许多严重问题。1427年，明朝决计撤兵，放弃了22年以来在那里建立交趾布政司的努力。