私下选派军官，并招募勇敢异能的人。利用所住宫殿(原元朝皇宫)幽深的优势，在宫内秘密制造兵器。姚广孝为防止泄密，特意把兵器厂安置在地下，还养了一群鸭鹅，用鸭鹅的叫声掩盖兵器锻造声。
建文元年(1399年)六月，燕府护卫百户倪谅告变，兵部尚书齐泰命令北平都指挥张信逮捕朱棣。然而张信却把此命告诉朱棣，朱棣于是决定起兵。当时正遇到暴雨临近，檐瓦堕地，朱棣色变。道衍说道：“这是祥兆!飞龙在天，一定有风雨跟随。瓦片掉下了，将要改用皇帝那黄色的瓦了。”
之后燕兵起义，朱棣以“清君侧”为名，号称为“靖难之师”，史称“靖难之变”。
同年十月，朱棣袭击大宁的时候，李景隆趁机围燕京北平。道衍则善于坚守，抵抗中央军的数次攻击，并于夜间派遣壮士偷袭。后燕军回援，内外夹击获得大胜。李景隆、平安等先后战败逃撤。朱棣围困铁铉防守的济南城长达三月之久仍不克。
道衍写信劝道：“部队疲劳了，请班师回北平吧。”朱棣于是返回。此后遭盛庸军截击，在东昌之战时燕军大败，张玉被杀，再次返京。此时，朱棣打算稍微休整，而道衍则坚持积极备战，并进一步招募勇士，击败盛庸且破房昭的西水寨。此时，道衍对朱棣说：“不要再攻下城池了，而应当迅速进攻京师。京师力量单弱，一举之下必然能攻下。”
朱棣听从了他的意见，并接连在淝水、灵璧击败中央军，并渡过长江进入京师金陵。朱棣在燕王府时，所接触的都是武将，而唯独道衍是定策起兵的。当朱棣在山东、河北转战时，其部队进退、战机等都由道衍决定。道衍从未临战指挥过，但是朱棣攻下南京后，论功道衍为第一。
历史按姚广孝的计划稳步铺展，他成功地兑现了当年的诺言——送给朱棣一顶白帽子，由王变成了“皇”，建文帝不知所终。
即位不久，明成祖朱棣决定迁都北京。如此一来，修建紫禁城皇宫，成为迫在眉睫的任务，姚广孝参与了定都北京的重大决策，确定紫禁城皇宫的堪舆方位，确定故宫的地理定位、规划、布局、功效、兴建。
为了嘉奖姚广孝的功德，德胜门西被设置了水关，并在此
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