朱棣的部队进入南京后，建文帝下落，却又成了千古疑案，众说纷坛。主要有：
自焚说。据永乐年间《实录》和《明史稿》的记载，建文帝继位后，即用兵部尚书齐泰和大常卿黄子澄谋，定策削藩。燕王“靖难”挥师渡过长江，兵临南京城下，建文帝求和不允，只好死守，但是他的主帅李景隆却打开金川门迎燕王大军入城，满朝文武纷纷投降。建文帝眼看大势已去，不得已下令焚宫，顿时火光熊熊，建文帝携皇后马氏，跳入火中自焚，妃嫔侍从等，大都亦随其蹈火而死。燕王朱棣入宫后，清宫三日，搜查建文帝下落。宫内侍人都说建文帝已自焚，并从火堆里扒出一具烧焦的尸体证明之。燕王见到尸体，分不清男女，惨不忍睹。其继位称帝后，只得以天子“礼葬建文皇帝”。《明史·成祖本纪》及《明史·方孝儒传》均持此说。
削发为僧说。清代名人吕安世和近人蔡东藩等则认为燕军破城后，建文帝无可奈何，遂想一死了之。此时少监王钺告诉他：你祖父临死时，给你留下一个铁箱子，让我在你大难临头时交给你。我一直把它秘密收藏在奉先殿内。群臣急忙把箱子抬来，打开一看，里边有三张度牒，就是做僧人的身份证，上面写好了建文帝等三个人的名字。还放着三件僧衣、一把剃头刀、白金十锭、遗书一封，书中写明：“建文帝从鬼门出，其它人从水关御沟走，傍晚在神乐观西房会集。”据此，建文帝三人剃了头，换上了僧衣，只带了九个人来到鬼门。鬼门在太平门内，是内城一扇小矮门。
仅容一人出入，外通水道，建文帝弯着身子出了鬼门，其他八人随之出了鬼门后，就看见水道上停放着一只小船，船上站着一位僧人，僧人招呼他们上船，并向建文帝叩首称万岁，建文帝问他怎么知道我有难，僧人答道：“我叫王升，是神乐观住持，昨夜梦见你祖父朱元璋，他本是出家之人，叫我在此等候，接你入观为僧。”至此，建文帝似削发为僧，继承了祖业。
此外，在《明史·姚广孝传》和《胡濙传》里记载：明成祖朱棣当了皇帝后，对建文帝自焚而死，也产生过怀疑，也有人告诉他那具烧焦的尸体是马皇后的，建文帝削发为僧外逃了。他就把建文帝的主录僧溥洽抓了起来关进监狱长达十余年，逼他供出建文帝下落。并派郑和下西洋“欲寻踪迹”，派户科都给事中胡濙遍行郡、乡、邑长达16年，搜寻建文帝下落，一直到朱棣死前一年的一个晚上，他已睡下了，但听说胡濙回来了，急忙穿上衣服，在卧室单独召见。胡濙访得建文帝离开紫禁宫后，削发为僧，既没有去神乐观，也没有去西南、东南周游避难，而是被僧司溥洽所救，一直藏在江苏吴县普洛寺内，此后一心为僧，无复国之意。近年徐作生也通过查阅大量文献和实地考察后，指出：永乐二十一年(1423)，建文帝死于江苏吴县穹窿山，终年46岁，葬于皇驾庵后的小山坡上。
多数人认为建文帝自焚身亡是历史真实，因为当时燕军兵临城下，把紫禁宫团团围住，建文帝想逃也来不及了，更何况经考查也无鬼门、御沟逃路。建文帝也深知他的四叔是个贪权无厌、残暴无情的武夫，落在他手里决无好下场，不如以死了之为上策。燕王朱棣也绝不会让建文帝活下去，否则，他就不能当皇帝。朱棣为了不留下“杀侄夺位”之臭名，故意苦心寻找建文帝下落，留下了历史疑案，这可能是朱棣的用心之机。
最近，查阅朝鲜的《李朝实录》，记载南京宫廷先是起火，然后建文帝自缢而死。而大量的野吏笔记记载，却说建文帝逃走了，有的认为他逃到了海外，永乐帝耗资甚巨派郑和多次下西洋，重要的目的是搜捕建文帝;有的认为他逃到西南地区作了和尚，后又回到北京，正统年间还曾被迎入宫内。当时有人冒充建文帝，着僧装，说前朝故事，被官员拘审查出了冒伪情由。《明史》只好采取模棱两可的说法：“宫中火起，建文帝不知所终。”
但流传在民间、记于野史的建文帝未死于靖难之中的说法值得重视。
大约是明英宗正统年间，出家为僧的建文帝自云南回到北京，英宗知道后，将其迎入宫院，号曰“老佛”。在北京西山金山口北8里，黑龙潭畔，不封不树，有一丘一碑，碑上题“天下大师墓”，据说这里埋葬的就是建文帝朱允汶。