朱棣的部隊進入南京後，建文帝下落，卻又成了千古疑案，眾說紛壇。主要有：
自焚說。據永樂年間《實錄》和《明史稿》的記載，建文帝繼位後，即用兵部尚書齊泰和大常卿黃子澄謀，定策削藩。燕王「靖難」揮師渡過長江，兵臨南京城下，建文帝求和不允，只好死守，但是他的主帥李景隆卻打開金川門迎燕王大軍入城，滿朝文武紛紛投降。建文帝眼看大勢已去，不得已下令焚宮，頓時火光熊熊，建文帝攜皇后馬氏，跳入火中自焚，妃嬪侍從等，大都亦隨其蹈火而死。燕王朱棣入宮後，清宮三日，搜查建文帝下落。宮內侍人都說建文帝已自焚，並從火堆裡扒出一具燒焦的屍體證明之。燕王見到屍體，分不清男女，慘不忍睹。其繼位稱帝后，只得以天子「禮葬建文皇帝」。《明史·成祖本紀》及《明史·方孝儒傳》均持此說。
削髮為僧說。清代名人呂安世和近人蔡東藩等則認為燕軍破城後，建文帝無可奈何，遂想一死了之。此時少監王鉞告訴他：你祖父臨死時，給你留下一個鐵箱子，讓我在你大難臨頭時交給你。我一直把它秘密收藏在奉先殿內。群臣急忙把箱子抬來，打開一看，裡邊有三張度牒，就是做僧人的身份證，上面寫好了建文帝等三個人的名字。還放著三件僧衣、一把剃頭刀、白金十錠、遺書一封，書中寫明：「建文帝從鬼門出，其它人從水關御溝走，傍晚在神樂觀西房會集。」據此，建文帝三人剃了頭，換上了僧衣，只帶了九個人來到鬼門。鬼門在太平門內，是內城一扇小矮門。
僅容一人出入，外通水道，建文帝彎著身子出了鬼門，其他八人隨之出了鬼門後，就看見水道上停放著一隻小船，船上站著一位僧人，僧人招呼他們上船，並向建文帝叩首稱萬歲，建文帝問他怎麼知道我有難，僧人答道：「我叫王升，是神樂觀住持，昨夜夢見你祖父朱元璋，他本是出家之人，叫我在此等候，接你入觀為僧。」至此，建文帝似削髮為僧，繼承了祖業。
此外，在《明史·姚廣孝傳》和《胡濴傳》裡記載：明成祖朱棣當了皇帝後，對建文帝自焚而死，也產生過懷疑，也有人告訴他那具燒焦的屍體是馬皇后的，建文帝削髮為僧外逃了。他就把建文帝的主錄僧溥洽抓了起來關進監獄長達十餘年，逼他供出建文帝下落。並派鄭和下西洋「欲尋蹤跡」，派戶科都給事中胡濴遍行郡、鄉、邑長達16年，搜尋建文帝下落，一直到朱棣死前一年的一個晚上，他已睡下了，但聽說胡濴回來了，急忙穿上衣服，在臥室單獨召見。胡濴訪得建文帝離開紫禁宮後，削髮為僧，既沒有去神樂觀，也沒有去西南、東南周遊避難，而是被僧司溥洽所救，一直藏在江蘇吳縣普洛寺內，此後一心為僧，無復國之意。近年徐作生也通過查閱大量文獻和實地考察後，指出：永樂二十一年(1423)，建文帝死於江蘇吳縣穹窿山，終年46歲，葬於皇駕庵後的小山坡上。
多數人認為建文帝自焚身亡是歷史真實，因為當時燕軍兵臨城下，把紫禁宮團團圍住，建文帝想逃也來不及了，更何況經考查也無鬼門、御溝逃路。建文帝也深知他的四叔是個貪權無厭、殘暴無情的武夫，落在他手裡決無好下場，不如以死了之為上策。燕王朱棣也絕不會讓建文帝活下去，否則，他就不能當皇帝。朱棣為了不留下「殺侄奪位」之臭名，故意苦心尋找建文帝下落，留下了歷史疑案，這可能是朱棣的用心之機。
最近，查閱朝鮮的《李朝實錄》，記載南京宮廷先是起火，然後建文帝自縊而死。而大量的野吏筆記記載，卻說建文帝逃走了，有的認為他逃到了海外，永樂帝耗資甚巨派鄭和多次下西洋，重要的目的是搜捕建文帝;有的認為他逃到西南地區作了和尚，後又回到北京，正統年間還曾被迎入宮內。當時有人冒充建文帝，著僧裝，說前朝故事，被官員拘審查出了冒偽情由。《明史》只好採取模稜兩可的說法：「宮中火起，建文帝不知所終。」
但流傳在民間、記於野史的建文帝未死於靖難之中的說法值得重視。
大約是明英宗正統年間，出家為僧的建文帝自雲南回到北京，英宗知道後，將其迎入宮院，號曰「老佛」。在北京西山金山口北8里，黑龍潭畔，不封不樹，有一丘一碑，碑上題「天下大師墓」，據說這裡埋葬的就是建文帝朱允汶。