六月，明军在回师途中遭遇阿鲁台部。明军火器优势在此战中充分展现，神机营军士所使用的神机铳每矢可毙敌二人，众铳齐发，声震数十里[9]。鞑靼军无不惊恐万分，急忙逃跑。阿鲁台部大多溃散。此时天气炎热，明军饥渴交加，已现疲态。朱棣下令收兵时，突然天降大雨，由此解决了明军缺水的难题。
这一战，是明朝历史上皇帝第一次统率大军北跨瀚海，亲自指挥作战，并获得了胜利。朱棣在班师回北京的归途中，登擒胡山，御笔勒铭纪功于岩石：“瀚海为镡，天山为锷。一扫胡尘，永清沙漠。”以此来纪念这次出塞所取得的重大胜利。
经此一役，鞑靼势力受到沉重打击，鞑靼可汗本雅失里逃往瓦剌。太师阿鲁台不得不派遣使者向明朝贡马，表示通好之意。明成祖朱棣表现出了大朝君主的风度，不但准许阿鲁台议和，还将洪武年间捕鱼儿海一战中被明军俘虏的阿鲁台兄长和妹妹送归，阿鲁台对此十分感激。
明成祖朱棣即位之初，在中亚兴起了一个强大的帖木儿帝国，一度对中国造成了威胁——
还在元朝统治中原的时候，蒙古四大汗国之一的察合台分裂为东、西二部。洪武三年（1370年），跛子帖木儿夺得西察合台的统治权，并以成吉思汗继承