听闻铁铉击败朱棣后，建文帝大喜，擢铁铉为山东布政使兼兵部尚书衔。泉城的百姓也因为免于战火而尊称铁铉为"城神"。可是，在大厦将倾时，铁铉这跟独木是撑不起来的。
1402年（建文四年），燕军绕过济南，直取京城。最终南京陷落，建文帝下落不明。朱棣入京后自立为帝，改年号为永乐。称帝后，朱棣再次北伐济南，铁铉死守不降，但终因寡不敌众，城破被俘。
铁铉被俘后，被押送到京师面见朱棣，见到朱棣后，铁铉依旧破口大骂，不肯投降，朱棣盛怒之下下令将铁铉凌迟处死。而在《明史演义》中，铁铉还与朱棣有过一段铁骨铮铮的对话。当时铁铉不肯面朝朱棣，朱棣命人将铁铉的耳朵、鼻子割下来煮熟后塞到他的嘴里，问他滋味如何，铁铉大声道："忠臣孝子的肉，有何不甘？"朱棣气的七窍生烟，将铁铉凌迟处死。铁铉死后，朱棣又命人将他的尸骨放入油锅，太监们意图将铁铉的骨架朝向朱棣，但油锅却突然炸响，油溅在太监身上，烫的他们嗷嗷叫，而铁铉的骨架始终没有面向朱棣。
当然，这个故事大概只是一个演义，但铁铉面对朱棣时铁骨铮铮，最终被凌迟处死依旧不改颜色却是事实。百姓们对铁铉十分尊敬，将他奉若神明，就连对他恨之入骨的朱棣也不得不承认他的忠义，"对群臣言，每称铉忠"。（《罪惟录》）
