徐达又率兵进通州，设营在河东岸，常遇春设营在河西岸。
各位将士想乘士兵斗气高涨而攻城。
指挥官郭英进言说：“我们从远处赶来，敌军精神饱满，精力悬殊太大，急攻对我们不利。还不如乘其不备，进行攻击。”
第二天凌晨，天起大雾，四面阴霾，郭英命令一千个士兵埋伏在道路的两旁，自己亲自率领精锐骑兵三千直抵城下。
元知枢密院事卜颜帖木儿，率敢死士兵一万多人，排成两侧出来迎战。
郭英与卜颜帖木儿交战几个回合后，装作败走，卜颜帖木儿率兵随后追杀，中途遇到埋伏，被截成两段。
郭英又迅速转身杀回，卜颜帖木儿来不及防备，郭英挺手掷枪，卜颜帖木儿被刺中，从马背跌落到地上。
郭英的将士冲过去立即把他绑了起来，卜颜帖木儿被活捉了。元军没了主帅，顿时大乱。
郭英乘胜追杀，杀死元军士兵几千人。
郭英及时收兵返回，统帅徐达率兵进城，把卜颜帖木儿的脑袋悬挂在竹竿上示众。
部队休整三天后，徐达率兵直捣元都，想不到元顺帝早就逃走了，只有淮王帖木儿不花、左丞相庆童等人留守防御。
元顺帝接到通州被攻下的消息后，惊慌失措，于是召集了清宁殿、三宫后妃及太子爱猷识理达腊，准备北行。
左丞相失烈门、及知枢密院事黑厮、宦官伯颜不花进言说：“皇上如果要固守京都，臣等愿意去召集民兵，出城抵抗。”
顺帝说：“孛罗、扩廓多次交战，防守京都的将士早就空虚了，在这样的情况下，要如何来防守？”
“天下是世祖的天下，皇帝应当以死相守，为什么要轻易地逃跑呢？”伯颜不花悲愤地说。
顺帝说：“现在还能跟以前相比吗？我已做出决定，不用多说了！”
伯颜不花再三哭泣劝说，顺帝拂袖返回了宫殿。
到了黄昏，召淮王帖木儿不花、丞相庆童进见，嘱托淮王帖木儿不花为监国，左丞相庆童作辅助，两人受命后出来了。
到半夜凌晨一点，顺帝打开建德门，带着后妃及太子，往北逃去了。
徐达率领明军，从防守薄弱的齐化门进攻，命令将士把护城河填起来，然后登上城墙进入城里。
徐达率领将士登上齐化门楼，抓获了元淮王帖木儿不花、左丞相庆童、平章迭儿必失朴赛不花、右丞相张康伯、御史中丞满川等人。
徐达劝他们五人归降，他们倔强不归降，一律判处斩首。
宦官伯颜不花已自尽。
元宣府镇南威顺等王子六人，也被明军抓获。
徐达查封了府库图籍宝物，命令将士守好故宫大门，不准任何人侵入。
徐达派人赶赴应天报告大都告捷。
徐达一边命令薛显、傅友德、曹良臣、顾时等人率兵分道巡察古北各个关口。
一边命令华云龙增筑故元都的城墙，专门等待太祖来巡视。元朝灭亡。
太祖接到大都捷报后，表扬了北伐军。
把应天改为南京，开封改为北京。制定了六部官制，各设尚书侍郎等官职。