朱棣在南京做皇帝，一刻也没有忘记他的军事与政治根据地北平。当年，他就改北平为北京，作为陪都，并着手迁都北京的工作。
北京在辽和金代都做过都城，元代称为大都，更成为全国的政治文化中心。虽然在元朝末年，北京城市受到严重破坏，经济凋敝，人口减少，但是北京在政治、军事上的重要性却更突出了。当时，威胁明朝安全的主要力量，仍然来自退守到关外的元朝残余势力，他们一直想打回北京，复辟元朝。将明朝的京城迁到北京，将能更有效地组织力量，抵抗元朝残余势力的侵犯。明成祖就曾多次从北京出发，征讨瓦剌等蒙古贵族。
明成祖在北京镇守过二十多年，既熟悉那里的一切，又有盘根错节的势力和深厚的感情，建都北京，自然更能巩固他的统治。
早在永乐元年以后，明成祖就多次命令将江苏、浙江、山西等九省大批富足的居民迁到北京；又在昌平营建他的陵墓。
公元１４１６年，他命令文武大臣讨论营建北京城的方案。第二年，任命泰宁侯陈为营建北京的总指挥，前后从全国各地招来二十多万工匠，上百万的民，还有难以计数的军队。建城所需材料来自全国各地。百年以上的珍贵木材，是从湖广、四川、贵州等地采伐，经过千山万水运送到北京的；城砖与墙砖，则在山东日夜烧制；宫内铺地的金砖（大方砖），则烧制于苏州。
营建北京，主要是建设宫城（紫禁城）和皇城（包括祭坛和官署）。明代的紫禁城建在元代皇宫大内的旧址，但略向南移，南北方向上则扩大了许多，长九百六十米，东西宽七百六十米。周围城墙高十多米，在东西南北的正中分别有东华、西华、午、神武四座城门。午门南面是皇城的南门，称承天门，就是今天的天安门。皇城外有宽五十二米的护城河。紫禁城中的宫殿分前后朝。前朝（外朝）有皇极、中极、建极三大殿，后朝有乾清宫、交泰殿、保宁宫三大殿。六座大殿都位于全城的中轴线上，布局非常严整。
营建北京的工程中，明成祖重用了一个能工巧匠蒯（ｋｕǎｉ）祥。蒯祥是苏州人，出身于木工世家。他父亲主持过南京城宫殿木工活的制作。蒯祥也学得一手好手艺，建房造屋，估计尺寸，量度长短，布置间架结构，与设计不差分毫。他还精通泥、石、漆、竹等手艺。据说，他能够双手各拿一支笔，同时画两条龙。画成后，两条龙龙身可以完全重合在一起。
蒯祥隶属于工部管辖。紫禁城开始修建后，他被明成祖召到北京，担任营缮所丞（负责工程的设计与施工）。紫禁城的布局，多出于他的巧妙设计。他还常常解决一些技术难题。据说，有一次，一个木工锯皇极殿宫门门槛时，不小心将木料锯短了一尺。这根木料是缅甸进贡的珍贵巨木，这个工匠立即面临SHA身之祸，吓得没了主意。蒯祥来看后，端详了一会，说：没有关系，可以补救。他让闯了祸的木工将木料的另一头也锯短一尺。那木工却不敢下手。蒯祥便接过锯来就锯。锯完，按尺寸另外雕刻了两个口中含珠的龙头，用活动头装到锯短了的门槛上。再把门槛安装到门上，尺寸完全吻合，而且便于拆卸。这种装置，被称为金刚腿。
还有一次，宫殿上梁时，一端的头怎么也投不准，在场的工匠毫无办法，又请蒯祥来解决。他爬到梁上，看准位置，猛一斧头，两根梁木就服服帖帖地吻合到一起了。蒯祥因此被人称为蒯鲁班。他后来做到工部尚书（负责建筑、制作的最高长官）。直到明天顺年间，明朝宫廷内的所有营缮、建筑，都还由他负责。
经过多年的修建，北京宫城与皇城终于基本建成。明成祖于公元１４２０年，正式将京城迁往北京。原京城应天府，改为南京，作为副都。
明成祖在北京，还让他的大臣姚广孝为他建造了两口青铜巨钟。人们推测，这是因为明成祖在靖难之役中屠SHA过的人太多，心里恐惧，而希望建造这样两座充满法力的大钟，来保佑他的心灵的平安。这两座大钟，现在还剩一口，重四百多公斤，高七米，外径三米三，上面铸满二十多万字的经文，成了北京的传世珍宝。