隨後，朱元璋任命徐達為徵虜大將軍，常遇春為副將軍，統兵二十五萬，開始北伐。
大軍出發後，朱元璋釋出由宋濂代擬的《諭中原檄》，提出：“驅逐胡虜，恢復中華，立綱陳紀，救濟斯民”，而且告訴百姓：“兵至，民人勿避，予號令嚴肅，無秋毫之犯”。
徐達一向嚴於約束部眾，紀律嚴明，所下城池，百姓生活不受打擾，是朱元璋心中北伐主將的不二人選。
遇春下城邑不能無誅僇，達所至不擾......太祖諭諸將御軍持重有紀律，戰勝攻取得為將之體者，莫如大將軍達。
徐達雖為虎將，卻有一顆仁心，率兵攻下很多城池，城內皆秩序如常，百姓生活安定，能很好地代表朱元璋和這支隊伍的形象，獲得百姓的認可和支援，“閭井宴然，民不苦兵”。
沂州守將王宣父子投降後，朱元璋派人秘密提醒徐達，王宣父子陰持兩端，並非真心投降。不久，王宣父子果然降而復叛，可見，朱元璋的情報收集能力十分強悍。
不過，隨著北伐戰爭的順利推進，應天離前線越來越遠，朱元璋雖仍然不斷地把自己的判斷派人告訴徐達，但也賦予了徐達更多的臨機決斷權力。
兵難遙度，隨機應變，尤在將軍”。
洪武元年五月，朱元璋來到汴梁，安排下一階段的戰略部署，徐達建議乘勝直搗大都，朱元璋表示同意，並加以補充：“北土平曠，利於騎戰，不可無備。
宜選偏禆，提精兵為先鋒，將軍督水陸之師，繼其後，下山東之粟以給饋餉，由鄴趨趙，轉臨清而北，直搗元都”。
這句話的意思是說：北方平原廣闊，利於蒙古騎兵作戰，不可沒有防備。應派將領率精銳為先鋒，大將軍統兵繼後，水陸並進，用山東的糧食供給軍需，從臨漳直趨邯鄲，自臨清轉而向北，直取元都。
八月，徐達率軍攻入大都後，下令關閉皇宮大門，封存府庫、圖書、寶物，讓指揮張煥率千名士兵把守，而張煥是朱元璋的御前侍衛。
徐達功高不自誇，不貪圖女色和錢財，為人正直，光明磊落，也是深受朱元璋信任的原因之一，“不矜不伐，婦女無所愛，財寶無所取，中正無疵”。
徐達謹慎持重，恪守本分，從不逾越君臣之禮。雖然在軍中說一不二，但到了朱元璋面前，徐達恭敬謹慎，好像不會說話一般。
朱元璋稱許他為布衣兄弟，而徐達則愈發恭敬。
朱元璋曾從容地對徐達說，把舊邸賜給徐達，舊邸是朱元璋當吳王時居住的宮殿，可是徐達堅決推辭，“天下未定，上方宵衣旰食，臣敢以家為計？”。
有一次，朱元璋把徐達灌醉，讓人把他抬到舊邸，徐達醒後，“驚趨下階，俯伏呼死罪”。
而且，徐達善於安撫部下，與士卒同甘共苦，將士無不願效死力，所以攻無不克，“善拊循，與下同甘苦，士無不感恩效死，以故所向克捷”。
洪武元年十二月，徐達、常遇春首次與元軍驍將王保保交戰，便大獲全勝，王保保僅率十八名騎兵慌忙逃走。
洪武二年七月，常遇春突然暴病而逝。
洪武三年正月，朱元璋分兵兩路，任命徐達為徵虜大將軍，率鄧愈等將領進攻王保保，李文忠為左副將軍，追擊元順帝。
四月，徐達在沈兒峪再次大敗王保保，王保保身邊只剩下幾個人，攜妻帶子向北逃。
洪武五年正月，朱元璋出兵十五萬，兵分三路，任命徐達為徵虜大將軍，率藍玉等將領，統領中路軍北征。
王保保不斷地敗逃、撤退，不斷拉長中路軍的補給線，並消耗著明軍將士的體力，藍玉為先鋒，一路追擊，在杭愛嶺北進入元軍的埋伏圈，徐達急令收兵，固守營寨。
此次北征失利，朱元璋總結經驗教訓，積蓄實力，很長時間沒派兵北征，這是徐達最後一次大規模統兵北征。
此後，朱元璋派徐達長期駐守北方，燕王朱棣就藩北平後，想必從岳父那兒獲益良多。
朱元璋登基後，一些功臣勳將不驕縱妄為，逾越法紀，而徐達嚴於律己，謹慎低調，從不居功自傲。
徐達安分守己，潔身自好。
胡惟庸當丞相時，想與徐達結交，徐達沒有理會，胡惟庸於是賄賂徐達的看門人福壽，徐達只是提醒朱元璋：胡惟庸不適合當丞相。
徐達不與朝廷重臣私下結交，忠心不二，堅決支援朱元璋的決定，不對皇權造成威脅，也許是朱元璋能放心讓他長期統兵的根本原因。
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