洪武九年（1376年），徐氏被册封为燕王妃。徐氏待人处事十分得体，深受明太祖和马皇后的喜爱。

洪武十三年（1380年），徐氏随朱棣离开京师南京，远赴北平就藩，入主燕王府。燕王府机构庞大，下辖审理所、典膳所、奉伺所、纪善所、良医所、典仪所、工正所等，有负责教育的伴读、教授，管理王府仓库的大使、副使等官员。要凭朱棣一人之力，管理好这么多的机构和人员绝不容易，徐氏便发挥了当家女主人的职能，井井有条地管理内务，使得宫中上下秩序井然。正如朱棣在立后册文和诏书里说的那样，“内助藩国二十余年”“嫔于肇封，家政辑宁”，在藩国做他的贤内助二十多年，使他的家庭和平安宁。

徐氏作为燕王正妃，随燕王远镇北平，替燕王管理王府后院。《彤史拾遗记》称徐氏“理王宫政甚治”，因其良好的品行，太祖的马皇后也十分喜欢她。洪武十一年（1378年），徐氏生下儿子朱高炽，即后来的仁宗。洪武十五年（1382年），马皇后去世后，徐氏和燕王在藩镇为其守孝，徐氏坚持素食三年，并常常拿出马皇后的遗训阅读，时刻不敢忘。

到了建文元年，燕王靖难，朝廷军一度围攻了北平，当时燕王正在攻击北边大宁，北平城防空虚，朝廷军统帅李景隆催促进攻，攻城战打得异常激烈。这种情况下，作为将门虎女的徐氏，亲自登上城楼，激励将士，如此燕军才士气大振，艰难地守住了北平。此战在徐氏的鼓励下，燕军拖住了朝廷军，成功等回燕王，燕军反败为胜，靖难中最关键的一战才以胜利告终。