郑成功在收复台湾以前，主要致力于抗清复明运动。为此，他以金门、厦门为根据地，进行了多次北伐。其中，尤以最后一次规模最大，并一度取得了辉煌的战果。
南明永历十三年(清顺治十六年，公元1659年)五月，郑成功以舟山为老营，开始了最后一次北伐，矛头直指南明故都南京。一路上连连得胜，过羊山，入吴淞口，进展神速。六月初，郑成功亲率水师十余万，艨艟巨舰数千艘，溯江而上，直抵镇江城下。镇江为长江下游的重镇，南京的门户，清军横江架木，上筑战楼，楼上满贮矢石、大铳、火药等物，江中并遍布缆索，拦截舟师，耗费了数十万两白银，防守甚为严密。清廷的各路援军也纷纷云集镇江，一场恶战已不可避免。
郑成功冷静地分析了形势，决定避实击虚，首先一举攻下了江北瓜州附近的谭家洲，斩断其截江缆索，扫除了攻城障碍。清军纷纷出动，至江岸边堵截。郑军驻师江中，摆出欲强攻登陆的架式。时值酷暑，清军因日夜提防，疲惫不堪，只得强令镇江百姓送饭送水。有时刚要解甲下马稍作休息，江中战鼓又起，只得仓皇而上。成千上万的兵马鹄立于骄阳之下，又饥又渴，又累又热，人畜中暑者不计其数，士气日益低落。郑成功看准时机，突然强行登陆，麾军大举进攻，又乘风放火，清军顿时乱作一团，自相践踏，一败涂地，战楼横木，尽被焚毁，镇江城被一举攻下，清军提督管效忠只带着几百名残兵败卒逃入南京城中。郑军中有一个名叫周全斌的小将，骁勇过人，在各次战役中，他都奋不顾身，先登陷阵。镇江城下，他腿上中了一箭，却毫不犹豫地折断箭杆，继续杀敌。郑成功立即将他提拔为都督，让他留守镇江，自率大军，直扑与镇江隔江斜对的瓜洲城。又一场大战，郑军几乎全歼了清廷派赴瓜洲的漕运援兵，乘胜攻克了瓜洲。至此，地处南北运河入江口的水路要津镇江与瓜洲，均已落入郑军手中。‘
七月，郑成功率大军进逼金陵城下，又三战三捷，锐不可当，南京周围的城邑如“太平、宁国、池州、徽州、广德及诸属县皆请降，得府四、州三、县二十四”(《清史稿·张煌言传》)，“大江南北，相率送款”(清·徐鼒《小腆纪年附考》卷十九)，东南大震。郑成功又于南京城外连营八十三座，切断水上交通。此时的南京已成了一座孤城，城中仅万余兵力，面对围城的十万大军，真是危若旦夕。
可是，就在这关键时刻，郑成功却骄傲自满起来，认为“京城在握，不烦攻击自下”(清·李介《天香阁随笔》卷二)，误信了清江南总督郎廷佐的诈降奸计，整日里置酒高会，并亲率文武僚佐，于南京城东拜谒明孝陵，预祝胜利。大将甘辉劝他迅速攻城，以防变生不测，也被他一口拒绝。终于功败垂成，遗恨终身。
清将郎廷佐，一则虚言与郑成功周旋，二则加紧布置守城，三则日夜催调各路援兵。而郑成功呢，一等郎廷佐献城投降，二怕强攻伤亡过大，三想待“援虏齐集”南京城下后“邀而杀之”(清·杨英《先王实录》永历十三年条)，使守敌不攻自破。因此不但围而不攻，而且围而不严。部下则多松懈麻痹，整日以饮酒捕鱼为乐。
这天，郑军中一偏将因触犯军令，怕遭惩罚，连夜暗缒入城投敌，将郑军何处营虚，何处营实，何营何日卸甲休息等情和盘托出。郎廷佐大喜，暗派军士假扮为城外村民，分乘小舟，满载酒肉，于第二天混入郑军各营，与诸将士作交易。这种种迹象，竟未能引起郑成功的警惕。七月二十三日，清军分门东、西而出，分击郑军首尾。清苏松总兵梁化凤又自崇明绕道赴援，与城内守军配合，深夜突袭郑军前锋。郑军仓促应战，苦斗多时;清军又潜开神策门、仪凤门，直捣郑军中坚。郑军毕竟兵力雄厚，时间一长，清军渐渐抵挡不住，各路纷纷败退。就在这时，混进郑营的细作放火烧船，郑军大乱;败退的清军望见火光，知道郑军内部有变，又鼓勇返身杀来。郑军终于全线溃败，战船被焚毁五百余艘，郑成功倚为左右手的甘辉、余新二提督都遭擒获，大将三十余员阵亡。郑成功奔逃八十余里，才抵达舟船而脱险，只得退至镇江，会合周全斌的守城军队，恸哭下海而去。由于南京城下的惨败，郑成功被迫中止了北伐，转而去收复了台湾。
当郑成功大军北伐之时，“滇南、川、贵、楚、越、荆、襄之地，豪杰辈出，皆怀恢复之心”(清·江日升《台湾外纪》卷四)。北伐军如能收复南京，对各地豪杰无疑是一巨大鼓舞，对正在西南地区浴血苦战的李定国军是一巨大支持，对清王朝则是一沉重打击，那么，郑成功就完全有可能在江南站稳脚跟，即使不能完成他的宏愿，也完全有可能与北方的满清政府相抗衡。尽管历史不可能假设，但郑成功因骄傲轻敌而功败垂成，这实在是一个深刻的历史教训。
