絲毫猶豫，立時從地上跳了起來，在一眾金甲武士的保護之下拼命逃出了濟南城。
朱棣死裡逃生，心中越發惱怒，恰好姚廣孝派出的援軍攜帶大炮到了濟南城外。朱棣以重兵圍城，又用大炮轟擊城牆，眼看就要將城牆轟塌，鐵鉉將太祖朱元璋的畫像懸掛在城頭，又親自書寫了許多朱元璋的神主靈牌，分置於城牆垛口。朱棣見此情形，生怕背上不孝之名，只得下令燕軍不得以大炮轟擊城牆，濟南城因此得以保全。
朱棣雖然不敢用大炮轟擊城牆，卻又不甘心就此撤軍，於是在城外挖掘壕溝據守，想要將濟南城中的軍民困死。鐵鉉不肯坐守孤城束手待斃，招募死士出城襲擾燕軍。趁著燕軍軍心動搖之際，鐵鉉和盛庸分領奇兵出城，大敗燕軍。朱棣雖然惱怒之極，卻又無計可施。姚廣孝給朱棣寫來書信，請他撤圍濟南，先回北平駐軍，再圖後舉。
朱棣無奈之下，只得率領燕軍退回北平。經過數月大戰，不只燕軍將士對鐵鉉心生懼意，就連身經百戰的朱棣也對鐵鉉極為忌憚，再也不敢輕易攻打濟南城。其後燕軍雖然屢次南下，卻都繞過濟南城，不敢與鐵鉉統領的兵馬交鋒。
朱棣退兵之後，鐵鉉與盛庸合兵，乘勝追擊，收復德州諸郡縣，兵威大振。濟南解圍後，鐵鉉在大明湖設宴，犒賞將士。建文帝派來使者賜金慰勞濟南守軍，又擢升鐵鉉為山東布政使，加兵部尚書銜，贊理軍事，協助盛庸準備北伐燕軍。得以免受戰火的濟南百姓稱鐵鉉為“城神”，對他極為敬服。
只是後來朱棣用了姚廣孝的計謀，帶領兵馬繞過濟南城，直取應天，最終攻破京城。朱棣奪取帝位之後，回兵北上覆攻濟南，並在河北一帶大肆屠殺百姓。到達濟南，鐵鉉死守不肯投降，但終因寡不敵眾，城池被攻破。朱棣又設伏兵計擒鐵鉉，鐵鉉終於在淮南被俘，被押送到京師，寧死不屈，朱棣狂怒之下，不只將鐵鉉殘殺，又要抄沒鐵家，將鐵鉉的妻女投入教坊司凌辱。