朱元璋先是感慨了一番与徐达相识于微末的情分，然后又说古时情谊深重的君臣大多结了姻亲，最后才提出想让徐氏与朱棣结婚的愿望。徐达听闻此言，自然是下拜谢恩，答应了这门亲事。洪武九年（1376），徐氏被册立为燕王妃。
成为燕王妃后，徐氏完美地处理好了婆媳关系和夫妻关系。徐氏深受朱元璋的皇后马氏的喜爱，这对婆媳感情深厚，马皇后逝世后，徐氏在燕王封地北平为其守丧三年，并按照礼制只吃素食，就连马皇后的遗言，她也一一记诵，没有遗漏。
与此同时，徐氏与朱棣的感情也不断加深，婚后九年间，徐氏相继生下三子四女，可见两人的夫妻情深。而那时的徐氏在封地操持燕王府的各项事务，全然不知命运的齿轮悄然转动，在成为燕王妃二十多年后，她的身份随着丈夫朱棣的起兵发生了新的转变。

建文元年（1399），燕王朱棣以讨奸臣齐泰等为名，于北平（今北京）起兵，号称“靖难”，一场历时四年之久的战争就此开始，史称“靖难之役”。在朱棣争夺皇位的过程中，徐氏以她的智慧和谋略，帮助朱棣稳定北平，让朱棣的起兵没有后顾之忧。史书中记载：
“靖难兵起，王袭大宁，李景隆乘间进围北平。时仁宗以世子居守，凡部分备御，多禀命于后。景隆攻城急，城中兵少，后激劝将校士民妻，皆授甲登陴拒守，城卒以全。”
在朱棣亲自率兵袭击大宁之时，大将军李景隆趁机围攻北平。北平作为朱棣的起家之地，一旦被攻占，朱棣就会立刻陷入被两面夹击的境地。李景隆率五十万大军围困北平，攻打北平九门，都督瞿能甚至差点攻破张掖门，北平情势危急。此时的北平由燕王世子朱高炽镇守，他采取坚守城内的策略，安抚城中军民，“以万人拒李景隆五十万众”，保全了北平城。实际上，在朱高炽守城的过程中，凡涉及军队部署的事项，他大多会禀报徐氏，受命遵行。徐氏在北平保卫战中尽显自己将门虎女的本色，在李景隆攻城危急之时，城中士兵不足，徐氏便动员将校士民的妻子，给她们发放武器，让她们佩戴盔甲登城据守，直至朱棣顺利回师，这才保全了北平城。

建文四年（1402）六月十七日，朱棣拜谒孝陵，然后在南京奉天殿即皇帝位，十一月十三日，册立王妃徐氏为皇后。在立后诏书中，朱棣赞扬徐氏“内助藩国二十余年”。至此，徐氏完成了从燕王妃到皇后的身份转换，也担负起了皇后的重任。
成为皇后之后，徐氏不仅将后宫管理得井井有条，还抚育皇室幼小，承担了长嫂如母的责任。宝庆公主是朱元璋最小的女儿，在朱元璋去世时只有四岁，朱棣继位时，宝庆公主刚满八岁，徐氏便像抚育自己的女儿一样抚养她。永乐十一年（1413），宝庆公主嫁给了镇守金川门的千户赵辉，此时徐氏虽已逝世，朱棣仍然以公主曾被徐皇后抚养为由，赐予她比其他公主丰厚多倍的嫁妆。
除了照管皇室，作为国母，徐氏对治国也有着自己的见解，她留在史书中的三句话，足以证明她的治国才能和超高情商。其一，徐氏重视民生，关心百姓生计。她曾向朱棣进言，认为“南北每年战斗，兵民疲敝，宜与休息”。徐氏看到了四年战争对民生的破坏，认为战后的士兵和百姓都已疲惫不堪，应该休养生息。
其二，徐氏劝朱棣爱护人才，“当世贤才皆高皇帝所遗，陛下不宜以新旧间”。朱棣在任用人才方面，难免对曾效忠于建文帝的大臣心有芥蒂，徐氏绕过了建文帝，说当今的人才都是太祖高皇帝朱元璋遗留下来的，劝告朱棣不要因为新人或旧臣而区别对待他们，正好满足了朱棣对于他得位正统的心理。
其三，徐氏劝说朱棣“帝尧施仁自亲始”，希望朱棣能效仿尧帝，施行仁政从自己的亲人开始，委婉告诉朱棣不应残害亲人。这样的话术让朱棣十分受用，“帝辄嘉纳焉”，采纳了徐氏的建议。
在规劝皇帝之外，徐氏还积极开展“夫人政治”，利用自己的皇后身份帮助皇帝稳定臣子的家宅后方。她曾问朱棣：“陛下谁与图治者？”（陛下和哪些人一起治理国事？）帝曰：“六卿治政务，翰林职论思。”（六卿治理政务，翰林谋划国策。）徐氏因此召见了这些大臣的妻子，赐予她们冠服和财物，并教导她们：
“妇之事夫，奚止馈食衣服而已，必有助焉。朋友之言，有从有违，夫妇之言，婉顺易入。吾旦夕侍上，惟以生民为念，汝曹勉之。”
徐氏并不要求大臣的妻子一味顺从丈夫，反而提出妻子要成为丈夫政务的助手，臣妻也应承担劝诫丈夫重视民生的责任。徐氏对臣妻责任的理解，恰好和她作为皇后的经历相符，可见她对于夫妻双方应共同承担责任的观念。

继位正统性是困扰明成祖朱棣一生的难题，徐氏为了帮助朱棣解决这一问题，通过著书的方式帮助朱棣进行舆论宣传，以安抚民心，巩固统治。永乐二年（1404），徐皇后为教育宫中妇女，采辑“古圣先贤”关于女子封建品德的教诲，编著《内训》。有学者指出：
“从内容来看，《内训》多有劝天下妇女自我警惕、谨言慎行、安居乐业的内容，意图从家庭的另一半——女性的角度来安定局面，劝诫她们接受新的政权。”
从这一角度看，《内训》的编著具有浓厚的政治目的，徐氏编著此书有帮助丈夫稳定因“靖难”叛乱所造成的紧张政局的作用。另一方面，成书于永乐三年（1405）的《劝善书》，本为徐氏为劝诫时任太子的朱高炽、汉王朱高煦以及赵王朱高燧兄弟三人向善戒恶而编辑的书籍，在徐氏逝世后被大量刊印，颁赐群臣及各地府、县学，并郑重将其收入囊括古今的《永乐大典》之中，是为《大明仁孝皇后劝善书》。《大明仁孝皇后劝善书》博采儒、释、道三教圣贤劝善惩恶之言，成为明代官方引导百姓向善的重要宣传书籍。《内训》和《大明仁孝皇后劝善书》的编写，都能看出徐氏不凡的文化素养，如果说朱棣一辈子都在打仗，那么徐氏则用她的才华在永乐初年进行舆论宣传，夫妻二人一文一武，共同为永乐盛世奠定了坚实的基础。
永乐五年（1407）七月，徐氏因病去世，年仅46岁，谥号仁孝皇后。朱棣十分悲痛，他对臣子说：
“皇后仁明贤淑，汉马氏、唐长孙之伦也，虽处宫中，其一念惟在仁民，继今朕入宫，不复闻直言矣。”
在朱棣心中，妻子徐氏的贤淑可以与东汉明德马皇后和唐太宗的长孙皇后相较。徐氏逝世前曾留有遗言，希望自己的丧仪简单节约，不要妨碍臣民的生活（身殁之日，丧务从简省，毋妨臣民），但朱棣依然为其举办了隆重的丧仪，朱棣本人还穿戴素服一年，其间只在西角门而不是正殿视朝，这样的丧仪标准，让乾隆皇帝都觉得过于隆重（成祖周期御殿，似亦太过）。
徐氏死后，朱棣再也没有册立皇后，朱棣与妻子徐氏的深厚感情留存于史书之中。除了夫妻温情之外，我们也不该忽视这对帝后君臣之间复杂冷酷的政治博弈。靖难之役期间，徐氏的两个弟弟徐辉祖和徐增寿分别支持建文帝和燕王朱棣，徐辉祖在燕军渡长江时率军阻击，朱棣进入南京后，徐辉祖拒绝向其称臣，被朱棣革去俸禄和爵位，禁锢于私宅之中，直至永乐五年（1407）去世。而徐增寿积极支持朱棣称帝，在靖难之役中多次向朱棣传递消息，告诉他南京城的军队部署，被建文帝发觉，在燕军渡过长江后被建文帝亲手诛杀。朱棣即位后，追封徐增寿为定国公，并让徐增寿之子徐景昌承袭爵位，而徐氏却并不赞同此事，在侄子袭爵之后也并未谢恩，可见徐氏在丈夫与家族之间难以抉择的尴尬境地。

从家族史的角度看，朱棣和徐氏是明初由朱元璋一手建立的朱徐皇室与功臣联姻集团中的重要成员，比起朱棣与徐氏两人的个人情感，如何最大程度整合婚姻集团的力量以增加自己在政治博弈中的胜算，或许才是朱棣以及徐氏家族在靖难之役中面临的终极考验，个人选择的不同最终导致了徐氏两个弟弟的不同结局。而在朱棣称帝后，他对徐辉祖和徐增寿不同的处置态度，实际上也是对自身婚姻集团势力的调整，本质上是其稳固自身统治的手段。
朱棣在南京称帝后，一直有迁都北京的愿望。在徐氏去世后，朱棣并未就近在南京选择陵址，反而将北京昌平的天寿山选为他与徐氏的长眠之地，开始营造长陵。而在长陵修建过程中，因无处下葬，徐氏的灵柩在南京皇宫中停放了六年。直到永乐十一年（1413），长陵建成，朱棣命次子汉王朱高煦将母亲仁孝皇后的梓宫从南京护送至北京葬于长陵，路途迢迢。徐氏被葬于北京，在当时也被视为是朱棣决意迁都的信号，在营造长陵过程中的物资运送、人员调配事宜也可以看作是迁都的演练。徐氏这场曲折的入土为安，也难免带上了些政治盘算。
永乐二十二年（1424）七月十八日，朱棣死于北征回师途中，最终葬于长陵。朱高炽即位后，奉朱棣遗命将母亲徐氏的神主与父亲朱棣合祀于几筵（奉仁孝皇后神主合祀于几筵，遵大行皇帝治命云），一代帝后终于得以同眠。

明朝的一景，大多数皇帝都用情专一。

徐后名门之后，不虚此名