鄭成功在收復台灣以前，主要致力於抗清復明運動。為此，他以金門、廈門為根據地，進行了多次北伐。其中，尤以最後一次規模最大，並一度取得了輝煌的戰果。
南明永曆十三年(清順治十六年，公元1659年)五月，鄭成功以舟山為老營，開始了最後一次北伐，矛頭直指南明故都南京。一路上連連得勝，過羊山，入吳淞口，進展神速。六月初，鄭成功親率水師十餘萬，艨艟鉅艦數千艘，溯江而上，直抵鎮江城下。鎮江為長江下游的重鎮，南京的門户，清軍橫江架木，上築戰樓，樓上滿貯矢石、大銃、火藥等物，江中並遍佈纜索，攔截舟師，耗費了數十萬兩白銀，防守甚為嚴密。清廷的各路援軍也紛紛雲集鎮江，一場惡戰已不可避免。
鄭成功冷靜地分析了形勢，決定避實擊虛，首先一舉攻下了江北瓜州附近的譚家洲，斬斷其截江纜索，掃除了攻城障礙。清軍紛紛出動，至江岸邊堵截。鄭軍駐師江中，擺出欲強攻登陸的架式。時值酷暑，清軍因日夜提防，疲憊不堪，只得強令鎮江百姓送飯送水。有時剛要解甲下馬稍作休息，江中戰鼓又起，只得倉皇而上。成千上萬的兵馬鵠立於驕陽之下，又飢又渴，又累又熱，人畜中暑者不計其數，士氣日益低落。鄭成功看準時機，突然強行登陸，麾軍大舉進攻，又乘風放火，清軍頓時亂作一團，自相踐踏，一敗塗地，戰樓橫木，盡被焚燬，鎮江城被一舉攻下，清軍提督管效忠只帶着幾百名殘兵敗卒逃入南京城中。鄭軍中有一個名叫周全斌的小將，驍勇過人，在各次戰役中，他都奮不顧身，先登陷陣。鎮江城下，他腿上中了一箭，卻毫不猶豫地折斷箭桿，繼續殺敵。鄭成功立即將他提拔為都督，讓他留守鎮江，自率大軍，直撲與鎮江隔江斜對的瓜洲城。又一場大戰，鄭軍幾乎全殲了清廷派赴瓜洲的漕運援兵，乘勝攻克了瓜洲。至此，地處南北運河入江口的水路要津鎮江與瓜洲，均已落入鄭軍手中。‘
七月，鄭成功率大軍進逼金陵城下，又三戰三捷，鋭不可當，南京周圍的城邑如“太平、寧國、池州、徽州、廣德及諸屬縣皆請降，得府四、州三、縣二十四”(《清史稿·張煌言傳》)，“大江南北，相率送款”(清·徐鼒《小腆紀年附考》卷十九)，東南大震。鄭成功又於南京城外連營八十三座，切斷水上交通。此時的南京已成了一座孤城，城中僅萬餘兵力，面對圍城的十萬大軍，真是危若旦夕。
可是，就在這關鍵時刻，鄭成功卻驕傲自滿起來，認為“京城在握，不煩攻擊自下”(清·李介《天香閣隨筆》卷二)，誤信了清江南總督郎廷佐的詐降奸計，整日裏置酒高會，並親率文武僚佐，於南京城東拜謁明孝陵，預祝勝利。大將甘輝勸他迅速攻城，以防變生不測，也被他一口拒絕。終於功敗垂成，遺恨終身。
清將郎廷佐，一則虛言與鄭成功周旋，二則加緊佈置守城，三則日夜催調各路援兵。而鄭成功呢，一等郎廷佐獻城投降，二怕強攻傷亡過大，三想待“援虜齊集”南京城下後“邀而殺之”(清·楊英《先王實錄》永曆十三年條)，使守敵不攻自破。因此不但圍而不攻，而且圍而不嚴。部下則多鬆懈麻痺，整日以飲酒捕魚為樂。
這天，鄭軍中一偏將因觸犯軍令，怕遭懲罰，連夜暗縋入城投敵，將鄭軍何處營虛，何處營實，何營何日卸甲休息等情和盤托出。郎廷佐大喜，暗派軍士假扮為城外村民，分乘小舟，滿載酒肉，於第二天混入鄭軍各營，與諸將士作交易。這種種跡象，竟未能引起鄭成功的警惕。七月二十三日，清軍分門東、西而出，分擊鄭軍首尾。清蘇鬆總兵樑化鳳又自崇明繞道赴援，與城內守軍配合，深夜突襲鄭軍前鋒。鄭軍倉促應戰，苦鬥多時;清軍又潛開神策門、儀鳳門，直搗鄭軍中堅。鄭軍畢竟兵力雄厚，時間一長，清軍漸漸抵擋不住，各路紛紛敗退。就在這時，混進鄭營的細作放火燒船，鄭軍大亂;敗退的清軍望見火光，知道鄭軍內部有變，又鼓勇返身殺來。鄭軍終於全線潰敗，戰船被焚燬五百餘艘，鄭成功倚為左右手的甘輝、餘新二提督都遭擒獲，大將三十餘員陣亡。鄭成功奔逃八十餘里，才抵達舟船而脱險，只得退至鎮江，會合周全斌的守城軍隊，慟哭下海而去。由於南京城下的慘敗，鄭成功被迫中止了北伐，轉而去收復了台灣。
當鄭成功大軍北伐之時，“滇南、川、貴、楚、越、荊、襄之地，豪傑輩出，皆懷恢復之心”(清·江日升《台灣外紀》卷四)。北伐軍如能收復南京，對各地豪傑無疑是一巨大鼓舞，對正在西南地區浴血苦戰的李定國軍是一巨大支持，對清王朝則是一沉重打擊，那麼，鄭成功就完全有可能在江南站穩腳跟，即使不能完成他的宏願，也完全有可能與北方的滿清政府相抗衡。儘管歷史不可能假設，但鄭成功因驕傲輕敵而功敗垂成，這實在是一個深刻的歷史教訓。
