正在两难之际，铁铉想出一计，他向朱棣诈降，将守城的士兵全部换成城中长者，撤掉守城的器具，并让济南城内的百姓出城跟朱棣说他们愿意打开城门，只要燕王单骑入城，百姓们将恭迎大驾。燕王信以为真，果然命军队后撤，自己骑着高头大马带着数位精骑准备进入西门接受投降。朱棣见守城的士兵果然不在，于是走进门中，谁知预先置于门拱上的铁闸突然落下，将朱棣的马头砸烂，可惜只差一点，要不然铁铉就有可能改写历史。
从鬼门关里死里逃生的朱棣怒不可遏，他以重兵围城，并用大炮轰击城内。由于城内守军来不及布防，城池将被攻破。在这危难之际，铁铉命人将朱元璋画像悬挂城头，又把大批朱元璋神主灵牌分置在各个垛口。
燕王朱棣起兵的唯一合法性就是他是朱元璋的儿子，如果他炮轰朱元璋的画像的话，不论是舆论还是民心都将对他不利。所以朱棣被迫停止了炮击，济南城守了下来。铁铉趁机又出奇兵，大破燕军。
本来，"燕师之南向也，连败二大将，其锋盖不可当"。但"铁铉以书生竭力抗御于齐、鲁之间，屡挫燕众"（《明史》），这让朱棣大为恼火，但又无计可施。姚广孝向朱棣进言先回北平再图后举，济南之围遂解，之后燕军南下也不敢再取道济南。
