改革編製
朱棣統治時期軍事組織在武裝力量的結構方面經歷了四大變化。第一個變化是取消了護衛。第二個變化是把大部分駐在南京的京衛調到北方，並把某些北方的部隊提到親軍的地位，這就使駐北京的京衛成為帝國中最大的一支部隊。第三個是在京師設營，士兵們通過營定期從地方部隊輪換去邊境防線服役或進行征戰，並在營中操練和受訓。第四個大變化包括在長城沿線組織邊防的鎮;這個措施是永樂帝對付這條邊界以北的遊牧入侵者的新戰略的組成部分。
朱棣取消藩王護衛的願望是很容易理解的;在朱元璋統治時期建立的分封制下，親王具有廣泛的權力。朱棣曾經利用這種權力建立了自己的軍隊;這個經驗促使他解散護衛，並讓他自己的兒子們離開軍鎮。在內戰期間，他的長子和次子都參加過戰役。但是在他登基後，當他在外征戰時，他讓長子當攝政;次子則因策劃反對其兄長而在1417年被捕。
同時，像建文帝做過的那樣，朱棣也感到非削弱其他親王——都是他的弟兄——的權力不可;許多親王被指控有罪而遭到清洗，他們的護衛被解散。
因此，到朱棣統治結束時，在原來朱元璋建立的30支藩王護衛部隊中，只有4支完整地保留下來。朱棣原來為燕王時屬於他的3支護衛部隊，即燕山衛，被併入組成北京皇帝私人軍隊的親軍之中。剩下的23支護衛部隊中，有的被調駐不同的地點。其他的則被解散，它們的部隊被改編成京師的新的衛。從此，授給新王的封地很少設護衛，到明朝末年，屬於軍事編制的藩王衛隊不到12支。
把軍事衛隊調往北直隸之舉是永樂年間進行的意義最為深遠的一項軍事改組。在朱元璋統治下，南京的41支衛隊合稱為京衛;這些部隊包括皇帝私人的12支親軍和29支隸屬於五個都督府的護衛部隊。當朱棣以北京為京師時，他把南京的許多這些護衛部隊調到北方。到1420或1421年，北京的衛包括以下三個部分：原屬北京都督府的衛;原來的南京京衛;原屬諸王的護衛部隊。少數已解散的其他部隊也從其他省調到北京。京衛的核心是由構成皇帝親軍的22支護衛部隊組成。它們包括3支燕山護衛部隊、原屬北京都指揮使司的16支護衛部隊中的7支，以及曾隸屬於南京皇帝禁軍的12支部隊。這22支護衛部隊包括159個所;這些部隊號稱共有190800人(一衛包括1200人)，但是實際人數很可能大大低於此數，因為到朱元璋時期末年，各地區的衛大致只有它們足額兵力的5/8。 其他6支部隊併入皇帝親軍的部隊依然歸他直接調遣;其中3支原屬前北京都督府，3支由各解散部隊的士兵組成。這些部隊提供了進行建設工程的大部分士兵。
南京的軍事編制包括29支其他的護衛部隊，每支部隊分歸前京師的各軍都督府之一指揮。到1420年，這些部隊中大約19支已調往北京，剩下的則是專事水上作戰的部隊。1420年以後，南京的軍事編制由17支隸屬於皇帝私人軍隊的護衛部隊和32支由南京五個都督府聯合指揮的部隊組成。同時，南直隸外圍城市原屬南京中軍都督府管轄的部隊則改由北京的中軍都督府管轄;這進一步削弱了南京行政的權力。1421年隨著北京周圍的地區成為北直隸，北京的後軍都督府開始對該地區進行指揮。從此以後，北京的後軍都督府統轄了16支護衛部隊，其中11支後來負責守衛皇陵。
在改組過程中，大批人民搬遷至北京及其周圍的地區。至少有435個所，即明朝全部部隊的25—30%駐紮在北京地區，其中335個所原從明朝的其他地方遷來。如果採用前面的計算，這些部隊的實際總兵力約為25.1萬人，但是真正的數字可能略高。另外，許多士兵有家眷。1393年的人口統計數字表明，北京地區有定居人口1926595人。因此，有理由認為15世紀初期北京省(1403年以後之稱)的人口很可能大大地超過200萬。總之，在1422年以後，長駐在北京的部隊形成了首都居民的相當大的一部分，這樣就大大地加劇了供養基本上是依附人口的問題。
對外戰爭
永樂時期對外戰爭也規模擴大，永樂四年(1406年)出兵收復安南(今越南)，永樂五年(1407年)在河內設立了交趾布政司(行省)，對其進行直接統治。
為了徹底解決大元朝的殘餘勢力，從永樂八年(1410年)開始，朱棣親自率領明軍進行北伐。蒙古勢力遭到永樂帝的連續打擊後，此後數十年都無法對明朝構成威脅。
永樂七年(1409年)，明朝在黑龍江下游東岸特林地方，設立了奴兒干都司，管轄今黑龍江、烏蘇里江、松花江流域和庫頁島等地。
親征蒙古
第一次蒙古之役的發動是實行報復，因為1409年東部蒙古的本雅失裡汗處決了中國人派出的一個使節，其後丘福所統領的大規模討伐又被打敗。在1409年9月臚朐河的戰鬥中，丘福和其他幾名高級將領都在蒙古知院阿魯台手下喪生。經過悉心的計劃之後，1410年3月，朱棣率領逾30萬的大軍從北京出發，通過宣府北向興和，直抵臚朐河。他及時抵達位於斡難河畔本雅失裡汗的大帳，按照史書記載朱棣在6月15日把它摧毀。但是，本雅失裡汗並未喪生，而是向西逃去。7月份，明軍追趕本雅。
失裡的知院阿魯台東至分隔蒙古和滿洲的興安嶺，並在一次大戰中打敗了他。但是，明朝的軍隊又一次沒有能完全地使他屈服。正在這個時候朱棣從大草原撤兵，於8月中旬回到了南京;他宣佈取得了勝利。
1410年的戰役未能給北方邊境帶來安全。在西北的瓦剌蒙古人此時構成了新的威脅。1409年，被明朝冊封為王的強大的酋長馬哈木在他逃避中國軍隊時於1412年春刺殺了本雅失裡。他然後在蒙古的舊都哈爾和林立了一個傀儡君主，並且開始向東進軍去對付阿魯台，其明顯的目的是要統一蒙古民族。明朝廷試圖在這兩個對手之間進行挑撥。阿魯台在1413年7月被封為和寧王，並被授予朝貢制度下的貿易特權。1413年末阿魯台告知明朝廷，馬哈木的軍隊已跨過臚朐河，這件事促使朱棣發動了第二次蒙古之役。
經過幾個月的準備之後，第二次蒙古之役在1414年4月開始。朱棣這一次又親統大軍，在西蒙古人向東蒙古遷移時力圖集中力量把他們殲滅。明軍深入到蒙古，與馬哈木的大帳交戰於土剌河上游。在接下來的戰鬥中，明軍使用了大炮攻擊瓦剌人。雖然明軍遭受重大損失，他們仍迫使瓦剌人退卻，馬哈木率眾潰退，兵力銳減。這次戰役打了不足五個月，朱棣於8月份凱旋回到北京。他在班師途中想與東蒙古人的阿魯台會見一面，但阿魯台假裝生病，避而不見。可是，阿魯台繼續進貢了幾年。
馬哈木死於1416年，他的大帳隨之而來的解體暫時解除了西部很不服節制的瓦剌蒙古人的威脅。這就使得朱棣能夠轉移注意力來建設新都北京。這也促使阿魯台向西把他的影響擴展到瓦剌諸部，他開始就明朝接受他的使節和他的津貼的數額與明朝廷發生爭執。到了1421年阿魯台停止了進貢，他的徒眾們也時不時地越境進行零星的襲擊。朱棣的反應是準備再進行一次戰役;但是這一次他在朝廷內遇到戶部尚書夏元吉及其他高級官員以軍費為理由的頑強的反對。朱棣佔了上風：夏元吉被囚禁，他的副手方賓自殺。
1422年4月朱棣離開北京，親統大軍去討伐阿魯台。此時阿魯台已經佔領了張家口之北的興和要塞，並且降服了屏障明朝東北邊境的兀良哈三衛;他計劃在長城附近阻止住中國軍隊，使之不能靠近他的基地。朱棣卻是直趨多倫(在開平衛)附近的阿魯台的營地，同時派了2萬人馬進攻兀良哈三衛，終於在7月使之降服。等到明軍抵達多倫時，阿魯台攜人馬遠遁至外蒙古。朱棣不想窮追不捨，在9月末返回了北京。[38]
1423年，朱棣發動了第四次反對阿魯台的戰役，以阻擋他們對北方邊境的迫在眼前的進攻。這是一次小規模的遠征行動，朱棣直到8月末才離開北京。明軍在通過了興和和萬全以後尚未能與阿魯台的人馬接觸。朱棣在10月份才知道阿魯台已被瓦剌人打敗，他的部隊也已潰散。所以他在12月返回北京，這次戰役是無功而還。
1424年，他發起了他的最後的第五次蒙古之役。朱棣對阿魯台的黨羽侵入開平並南下進迫大同作出反應，在北京和宣府集結了大軍。4月初，他在視察了軍隊之後便統率遠征部隊離京作最後一戰。在以後兩個月時間內，明軍通過土木進抵開平之北，但是又沒有能夠遇上阿魯台的大帳。有些將官請求給一個月糧草以便深入敵人領土，但朱棣擔心他自己已經過份地深入敵境，就拒絕了這些建議，並撤回了他的軍隊。1424年8月12日，朱棣病逝於多倫之北的榆木川，留下的蒙古問題和他登極初年一樣懸而未決。
南征安南
安南是現今越南的北部，它本是一個受中國文化強烈影響的藩屬國家;但它自10世紀以來在政治上一直是獨立的，並且頑強地反對中國的政治干涉。早期的中國統治者們充分注意到了安南的戰略重要意義，曾經想間接通過外交和文化壓力來迫使它就範。朱元璋1395年的《祖訓錄》曾把安南以及占城國和柬埔寨一起都包括進不征之國。朱棣不顧這種祖訓，認為安南的內部事件威脅著明朝的安全，於是他想把安南併入明朝的版圖。
安南的平定工作是一個難於處理的重大問題。中國行政結構的強行建立馬上引起了安南人的反感;他們開始到處反抗明軍。張輔的軍隊粉碎了這種地方性的反抗，在1408年他和他的主力部隊返回了中國。1408年9月，原陳氏官員陳 首先舉起了有組織的反叛的旗幟。他建立了大越王國，並攻佔了義安府城和其他幾個城鎮。曾經在征服安南中起過重要作用的沐晟，這時又受命帶領雲南軍隊來平定這場叛亂。可是，陳 的軍隊很熟悉當地的地形，又得到人民的支持;因此他一再打敗了沐晟的軍隊。1409年秋，張輔又被派回安南來挽救局勢。經過了一次周密計劃的進攻之後，1409年12月張輔打敗了陳 ，並捉到了他。張輔在1410年初被召回後隨駕出征北方邊境的阿魯台，留下沐晟再一次負責交趾的事務。
陳 的一個侄兒陳季擴登上了陳氏的王位，他一直未被抓住，因而變成了越南人抗戰的領袖。沐晟對他的進攻沒有什麼進展。明廷想安撫陳季擴和他的支持者，把他封為交趾右布政使;他拒不接受，戰事仍在繼續。1411年初，張輔再次被派往安南，隨帶2.4萬人。他連勝兩仗，奪回了於1408年失陷的義安府城。但是，叛軍迴避打陣地戰，叛亂繼續拖延了三年，直到陳季擴在1414年3月30日最後被俘為止。張輔在1415年暫時被召回南京，但又不得不返回交趾以撲滅另外幾次叛亂。可是，這時的抵抗很輕微，到了1416年底他和他的大部分中國軍隊都被召回國。
李彬在1417年2月取代張輔的時候，局勢已經惡化了。安南人不滿情緒的加劇是由於被派到安南來為建造新都北京而搜集材料的宦官馬騏，增加了對安南的稅收和木材的要求。1417年末和1418年初發生了幾起暴亂。叛亂分子聚集在黎利(約1385年—1433年)手下：此人是清化的一名糾糾武夫，曾經追隨過陳季擴，現時已自封為王。他在1419年和1420年都和明軍打仗，但兩次都失利。他於是用游擊戰繼續抗爭，並且贏得了鄉村人民對他的忠誠，他在鄉村中被視為抵抗運動的象徵。儘管投入了大量的作戰軍隊和行政支持，中國人發現不可能把叛亂運動鎮壓下去，安南戰爭一直消耗著朝廷的財力。在永樂末年明朝也仍然未能鎮伏叛亂。這種失敗引起了朱棣諸繼位者的許多嚴重問題。1427年，明朝決計撤兵，放棄了22年以來在那裡建立交趾布政司的努力。