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首战告捷，离不开朱棣的精心谋划。邱濬在《大学衍义补》中记载：“近有神机火枪者，用枪为矢镞，以火发之，可至百步之外，捷妙如神，声闻而矢即至矣……交（交趾）所制者尤巧。”黎季牦长子黎元澄更是这方面的专家。因此，朱棣令工部研制了一种编竹三层、缠裹牛皮，高五尺二寸六分、上阔一尺八寸、下阔一尺三寸六分的特制坚固盾牌“挨牌”，防卫安南火器，效果甚佳。
十一日，骠骑将军朱荣等人也攻破鸡翎关，斩首62级，生擒11人。十二日，张辅率军进至鸡翎关，得知芹站两旁皆有埋伏，遂令鹰扬将军吕毅、黄中等领军前往搜索。伏兵闻听隘留、鸡翎二关被破，无心战斗，设伏者悉逃遁。随后，张辅率军到达昌江、市桥，遣鹰扬将军方政、游击将军王恕等作为先头部队直抵富良江北嘉林县。
当时，左副将军西平侯沐晟也由云南蒙自县出发，经野蒲蛮入安南境，攻夺猛烈关、华隘等处，已经抵达白鹤县下营。张辅遂遣朱荣领军一支前往会合。朱荣在路上顺便攻破了祖峰寨。沐晟亦遣都指挥俞让来会。十一月初一，两军会师于三带州立石县。
初五，张辅派横海将军鲁麟、骠骑将军刘榙出攻破困吾寨，大军随即进驻新福县。明军在张辅的严厉约束下，不妄杀，不掳劫，秋毫无犯，得到安南百姓的拥护。当日，三带州佥判邓原，南策州莫迪、莫邃、莫远等人来降。张辅询问他们后得知安南依靠东都（河内）、西都（清化），以及宣江、洮江、沱江、富良江之险为防守阵线。安南军自三江府沱江南岸伞圆山，循富良江南岸东下至宁江，又于富良江北岸，循海潮江、由希江、麻牢江，直至盘滩困枚山，沿江设立营栅；于多邦隘增筑土城，城栅相连亘900余里，尽发江北诸州民200余万守之，驱老幼妇女以助声势；缘江置椿，尽取国中船舰列于椿内，诸江海口俱下捍木，以防攻击，对外号称水陆屯守士兵700余万。
安南军沿江布防，意欲拖住明军打持久战，等气候湿热、瘴疠兴起的时候再进行反击。中原王朝以往出兵进攻安南，多是因此师劳无功而回。朱棣知道这些情况后，也特地下达敕谕，要求张辅等人必在明年春前击灭黎氏。
张辅下战书给黎季牦：“予奉天子命将兵八十万来讨尔罪，尔如能战，则率众于嘉林以待；不能战，可自赴辕门以听处分。”意用激将法使其应战，但黎季牦没有回话。恰在此时，礼部行人朱劝、张瑛带着朱棣的诏书前来，要求黎季牦进贡5万两黄金、100头大象赎罪，如若金、象数目不足，可用珠玉宝贝替代。这是朱棣消磨黎季牦斗志的一个计策，他事先要求朱劝、张瑛只停留5日，并让张辅等朱劝、张瑛离开后立即进兵。不过，黎季牦也没有上当，只派手下接待了朱劝、张瑛一行，以勘合不同为由回绝此事，并声称：“兵已入境，若兵回，即贡。否则，自有准备。”
张辅见计策不成，随即移军三带州，于富良江北岸箇招市江口严阵以待，与沐晟商议造船置铳，以图进取。此地江面不时有安南军出没刺探情报。十四日夜四更时分，鲁麟率舟师从箇招市江口上游十里下水，借水势攻击划船（一种战船），夺得敌船1只，斩首100余级，自此以后划船不敢出没。
朱棣还制定了渡江策略：“我师至嘉林若欲渡江，必要舟筏然后可济，如此岂不旷日劳师乎？计今莫若迭出游骑于嘉林与城相对处往来，始焉用百骑，逐日旋增至五百骑或千骑而止，夜举火烧烟放炮，眩惑贼国以乘之……大军却于未至嘉林二三日程潜行取道，趋富良江上流浅处，与西平侯会合渡江。如此虽费数日之程，然免军士伐木之劳，亦免相持稽缓之久。”于是，张辅派遣朱荣等人在下游18里处嘉林地面实施此计。十二月初六，安南军在嘉林分遣水军，抢夺明军船只，遭到明军奋击，大败而回。
明代战船模型
在此以前，沐晟军在初二击败了安南左圣翊军将胡射，夺得池木丸江岸、白鹤江椿，进驻洮江北岸，与多邦城形成对垒。多邦城下沙滩平阔，可以展开军队进攻。于是，张辅派陈旭前往洮江，与沐晟军同造浮桥。初七晚上，沐晟军从天幕江州北岸攻击安南军，被安南军将陈挺击败。沐晟军将先退者处斩，严肃军纪，重整战力。初九晚上，沐晟军袭击木丸州，安南军主将阮公瑰沉湎于女色，没有防备，船只被烧，全军尽没。明军此役的胜利极大震慑了多邦城外围的安南势力，安南其余水军龟缩不出，明军浮桥得以顺利建造。
初九，张辅率大军从箇招市江口出发，留都督高士文守备辎重船只。十一日，张辅与沐晟军会合，双方经商议认为：安南在江边立栅，地势狭窄，难以展开军队。唯有多邦城外滩可以容军。不过，多邦城高峻，城下设有两重壕沟，壕内密密地插着竹签，壕外又有陷马坑，且坑内也布满竹木签。除此之外，城上守军还备有大量铳箭滚木，可谓易守难攻。明军虽然有攻城器具云梯、仙人洞等，但多邦城宜用计取。最后，商议决定张辅军攻多邦城西南部，沐晟军攻东南部。为了迷惑敌军，明军在沙滩上列军。布置完后，张辅又派一支疑兵前往拟定攻击点一里之外的地方做攻击态势，吸引安南守军的注意力。
泰国复原的战象格斗
十二日凌晨，攻夺多邦城之战正式开始。张辅深知这一仗的重要性，激励将士：“贼所恃者此城栅耳，将士报国，成功在此一举，宜各用命，城破必矣，先登者不次升赏。”四鼓时分，张辅遣都督黄中等率军携攻城器械悄悄越过重壕，潜至城下，后以云梯附城。都指挥蔡福率部先登，用刀乱砍，引起守军一阵惊呼。攻上城的明军燃起夜明光火药，吹响铜角，城上顿时火光齐明、角声大作。明军军心大振，争先恐后蚁附而上。安南守军却慌了阵脚，发出数枚铳箭后便崩溃纷纷跳城逃跑。明军遂占领城墙。
退入城中的安南军在天长军将阮宗杜等人的指挥下，重整防御，并拿出撒手锏——象兵。大象作为陆地上最大的动物，可以称之为古代的坦克，极具威慑力，令人望而生畏。大象在冲锋陷阵时的杀伤力更是惊人，在东南亚地区的战争中有着独特地位和重要作用。
不过，朱棣早就针对安南象兵进行了准备。《宋书·宗悫传》记载了南北朝时期刘宋的宗悫大破林邑（占城）象兵的故事：“林邑王范阳迈倾国来拒，以具装被象，前后无际，士卒不能当。悫曰：‘吾闻狮子威服百兽。’乃制其形，与象相御，象果惊奔，众因溃散，遂克林邑。”大概朱棣熟知此段史事，令内府制作了7座狮子像，在进军之前就发去军中。
面对安南军驱象猛冲，张辅、陈旭亲自督战，令游击将军朱广等用狮子像蒙在战马身上、神机铳部队分列两旁攒射。见到“狮子”，大象受了惊吓，再上又被铳箭打伤，便横冲直撞往回奔驰，将安南军冲得溃乱。张辅趁机率军长驱而进，用炮铳轰击。安南军大乱，自相践踏而死和被明军杀死的不可胜数，将领梁民献、蔡伯乐也被斩杀。明军直追至伞圆山下，缴获大象12头，器械无数。
十三日，明军自伞圆山沿富良江南岸而下，一路纵火毁焚木栅，呈摧枯拉朽之势。十四日，明军捣东都，安南守军弃甲而逃，明军占领东都。张辅在城东南驻军，出榜吊民伐罪，安南吏民欢声动地，尤其是先前被强迫守卫江栅的百姓如羊脱虎口，降附者日以万计。
明代碗口铳
既然已攻下东都，明军便乘胜攻西都。张辅与沐晟商议后派遣左参将李彬、右参将陈旭领军前去。黎氏父子闻重镇多邦城被破，料明军必攻西都，皆心惊胆战。不等明军来攻，他们便于十六日将西都所有官舍、仓库烧毁，逃往海上。十八日，明军占领西都，焚烧宫室，三江州县望风而降。
永乐五年（1407年）正月初一，张辅、沐晟调遣部将清远伯王友、都指挥柳琮等进至注江浅处，后于初六清晨趁敌军不备突袭筹江栅。次日，王友等攻击据守于困枚山、万劫江、普赖山的安南军。战事持续9天，安南军不支溃败，明军斩首37390级，生擒安南军将丁部曲，将其典刑示众。当时，安南南策州队正陈封率部来降，王友调他们攻击黎季牦继子东山卿侯胡杜守卫的盘滩。胡杜败走闷海口，明军俘获其船只。胡杜、胡射不甘心失败，集聚溃散的安南军铸造火器、构筑堡垒、伐木造舟，重金招募士兵，意图顽抗。
此后，张辅探知安南哨船常在交州下游20余里的富良江出没，黎氏父子等聚集水师守在黄江。经商议，张辅与沐晟率军前往交州守备。十二日，明军沿富良江南下，水陆并进至木丸江对岸下营。十四日中午，安南军300余艘船逆流而上攻击明军，陈旭亲自督战迎敌。明军在水上放箭，又在陆上用神机铳、碗口铳将安南战船逼到浅水处，使其动弹不得。明军缴获船100余艘，斩杀敌将阮仁男、阮磊等人，斩首1万余级，又生擒安南军将黄世罔、彤文杰等100余人，皆斩之，并将获得的首级筑为京观。
二月初九，张辅、沐晟率军在奉化府胶水县闷海口驻扎。闻明朝大军至，黎季牦父子率众逃往大安海口，只有黎元澄在闷海口沙汀西边筑月城、下椿守备，并不时派船出击。明军以大将军铳轰击，击碎许多敌船。此时，降将莫邃等人也领安南士兵1万人、船500余艘协助明军征讨。安南神丁军将吴成率军乘潮突击胶水县的明军，结果势孤被杀。黎元澄见不敌，也逃往海上。
胶水县潮湿泥泞，不能长久驻军，张辅与沐晟等人商议：“贼闻大军来，不敢敌，故潜遁他所，以觇我动静。我若回军交州，留兵于咸子关两岸，留战舡守备，彼必出闷海口以袭我，我俟其出，水陆并击之，贼必成擒。”沐晟等人同意此计。三月初八，明军回军咸子关构筑堡垒，柳升率军坚守。
二十九日晚上，张辅收到柳升报告：咸子关附近出现敌人哨船，10里外发现敌船踪迹。三十日清晨，张辅、沐晟率军前去迎战。此次安南倾最后之力，出动士卒7万人，号称21万人。安南军以黎元澄、胡杜为主将，胡射、陈挺领南岸步军，杜人鉴、陈克庄领北岸步军，杜满、胡问领水军。安南军阮公拯率领艨艟100艘为先锋，水陆并进，大小船只首尾相连10余里。明军两岸夹攻，都督柳升以舟师横击，安南军则以海船横截江中，用战船、划船载木植向两岸齐进，登岸植木为栅，岸上步军放铳掩护。张辅抓住战机，亲自监督虎贲精锐将士猛攻，安南军支撑不住，大败。明军生擒安南北江安抚使、工部尚书阮希周，阵斩胡射、陈挺、杜人鉴等将领，斩首万余级，安南军溺水淹死者不计其数。“富良江水为之赤，积尸数十里。”明军乘胜长驱，直抵黄江闷海口，获海船、战船万余只，黎氏父子坐小舟逃往灵源。
《平番得胜图卷》中的明军骑兵形象
连胜后，张辅认为宜乘破竹之势殄灭余党。四月二十二日，他与沐晟统军由清化府迅速前进，调柳升、莫邃等将领率战船沿水路追击。二十三日，水军到达清化府磊江，安南残存的军队聚船以拒，柳升击之，斩首万余级。二十九日，水军到达典史海门。此处本就水浅，又因许久没下雨，早已干涸。但明军到后，却下起大雨，水涨数尺，明军得以顺利通过。安南军见此情形，不战而溃。魏栻因劝黎氏父子自焚，“国已近亡，王者不死人手”，被斩。
五月初三，张辅大军进军演州，与柳升等人率领的水军会合，途中投降的敌军士兵一个接着一个。张辅询问降人阮大后得知，黎氏父子躲在乂安府深江，便令沐晟从陆路、柳升从水路追击。
初十，柳升率水军至奇罗海口与安南军大战，获战船300艘。安南军其余船只被迫分散，黎氏父子偷偷逃走。
十一日，张辅率大军驻扎在乂安府盘石县，连绵130余里，对黎氏父子布下了天罗地网。当日，永定卫卒王柴胡等人在止止滩生擒黎季牦，交州右卫卒李保保等人擒获黎元澄。黎季牦被擒时说：“汉唐宋元兵虽到安南，不曾到乂安地面，天兵追速。每年天气炎热有雨，兵马难往。今年天又无雨，这是天败我，都是上位洪福。自古伐国，未曾有如此功业，真越古矣。我本罪重难饶，若圣恩留性命，三亩地足以养身。”
十二日，莫邃手下头目武如卿等人在高望山中擒获黎汉苍及其太子黎芮，胡杜、范六材等将领也被擒，黎氏亲属俘获无遗。至此，胡朝覆亡。
自永乐五年明军在木丸江大破安南军后，张辅等人即遣人宣诏访求陈氏子孙。三月初十，莫邃等人率1200名府县耆老禀称，陈氏子孙已被黎氏杀尽，无可继者，安南本中原王朝之地，请复古郡县。四月十九日，朝廷收到张辅的奏报，众臣一致建议朱棣接受安南人的“请求”，恢复对安南的统治。但朱棣十分谨慎，指示等黎氏父子就擒后再做处置。
五月十二日，明军获黎氏父子，安南平定。二十九日，捷报至京，朱棣应允在安南开设三司及郡县。
六月初一，朱棣诏告天下，申述用兵安南始末，宣布将宽厚善政，抚慰安南。同时任命交趾三司官员，以都督佥事吕毅为都指挥使，黄中为副；以尚书黄福兼掌布政、按察二司；前工部侍郎张显宗、福建布政司左参政王平为左右布政使，前河南布政司左参政刘本、右参政刘昱为左右参政，前江西按察司周观政、安南归附人裴伯耆为左右参议；前河南按察使阮友彰、按察副使杨直为按察副使，前太平府知府刘有年为按察佥事。
永乐五年的交趾布政司示意图
同日，诏定交趾所辖府、州、县：设15府，分辖36州、181县（一作17府、47州、157县）。安南在独立468年后，复被纳入明朝版图，成为行省之一。
从永乐四年十月初九至永乐五年六月初一，张辅仅用7个多月的时间就征服安南、俘虏黎季牦父子，还在此设立郡县，安南军的脆弱令人难以相信。黎季牦父子的防御做得非常好，再加上长期的作战准备，理应不该落得如此下场，明军取胜确实出人意料。
历史上，中原王朝军队进攻安南，大多师劳无功而回，甚少凯旋。明军这一仗竟势如破竹，令人诧异。越南史家黄高启说：“明兵取东都，据咸子，无阻之者。”这表明黎氏父子的失败在于失掉民心。永乐三年，黎汉苍与诸路将领商讨与明朝开战或求和时，黎元澄就说：“臣不怕战，但怕民心之从违耳。”显然是担心黎氏不得民心，不能团结全民抗敌。安南史臣吴士连也认为：“天命在乎民心，澄之言深得其要。”
黎季牦弑主篡位，杀害陈朝宗室，影响甚广。大盗阮汝盖闻黎季牦篡位后，“招诱良民，得众万余，往来立石、底江、历山、沱江、伞圆等处，恣行侵掠，州县不能制”。陈氏后人与心念陈朝的大臣亦想谋刺黎季牦，恢复陈朝。黎季牦为了打击反对者，在各村社设置巡店，日夜巡逻，还令百姓互相监视。在人人自危的情况下，怎能对付外敌？黎季牦又不与民休息，为转移国内视线多次对占城发动侵略。他为了完成“得百万兵以敌北寇”的愿望，进行户籍登记，规定15岁以上、60岁以下的百姓必须服役，心存怨愤的百姓越来越多。
黎季牦执政期间，为了巩固自己的权力与财富，推行了一连串改革，引起既得利益阶层反感。他推行新的家奴法、土地法：官员按照品级拥有家奴和土地，多余的要上交国家。表面看起来，这是想改变自陈氏中叶以来，宗室和地主对家奴和土地的垄断，但黎季牦的真实目的不是解放家奴，也不是重新分配土地，而是压制陈朝宗室的势力和夺取民田。在这种新政策的限制下，家奴变成国奴，私田变成国田，都成了黎氏的财产。黎季牦的限奴限田政策，除统治者得益外，其他阶层均受剥削，特别是庶民地主，最多只能拥有10亩田，这引起他们的强烈不满。
黎季牦亦曾进行货币改革，发行纸币“通宝会钞”，强令百姓用铜钱兑现。这是安南首次发行纸币的记录，其重要目的是收回铜钱制造武器，以应付明朝的军事压力。不过，很多商人拒绝接受纸币，黎季牦便三令五申私藏铜钱罪同伪造钱币，引起商人和市民的反感。
此外，黎季牦还积极发展民族文化和推广字喃。不过，安南的国家政治制度基本源自中原王朝，其中重要的一项就是通过科举制度选拔人才，而科举的内容仍以儒家思想为主。因此，在科举制度下成长的读书人和大臣无疑都是传统儒家学说的继承者。黎季牦作《明道十四篇》等文章大贬孔子，批评韩愈、朱熹等人，引起读书人不满。随着黎季牦篡位，读书人的反抗情绪越加剧烈。
安南史臣黎嵩评论黎氏父子用了八个字：“罪盈怨积，海内离心。”可见，黎氏父子已到了被全民唾弃的境地，这如何能不败？明军便是在这种情况下攻占安南，复设郡县。