而后齐泰将燕使邓庸下狱审讯，具得朱棣将举兵反状，于是发兵逮捕燕府的官属，并密敕张信逮捕朱棣，但是巧合的是张信为朱棣旧部，不仅没有抓捕朱棣，而且还转投朱棣一方，朱棣随即做了举兵的准备。燕王准备起兵之后，齐泰请求建文帝削去燕王的属籍，声罪致讨。认为只有公开声讨朱棣，才能将其攻克，并且齐泰、黄子澄、方孝孺等人还定下了讨燕大计，认为事必能成。
但是齐泰等人到底还是小觑了燕王的实力，也高估了己方的能量，建文帝登基的时候，与太祖朱元璋一起平定天下的猛将已经很少了，而朱棣的封地演进，历来都是军事重镇，经常与外族发生战争，所以能征善战的将领不少。讨燕之初，命朱元璋时期老将耿炳文带兵作战，初战不利，黄子澄便建议让曹国公李景隆，带领数十万军队前去讨伐，结果李景隆节节败退，五十万大军被他败的干干净净，此时局势已经逆转。
朱棣在起兵之初，打的是讨伐齐泰、黄子澄等奸人的名号，此时燕王一往无前，建文帝想暂时安抚他，便将齐泰等贬谪，实际仍将其秘密留在京城，后来盛庸取的一次大捷，建文帝便将其官复原位。夹河之战失败之后，建文帝又解除了齐泰和黄子澄二人的官职，请求燕王罢兵，燕王朱棣说：“这是建文帝的缓兵之计啊。”于是进攻更加激烈。朱棣攻破南京的时候，齐泰还没有回到京师，南京城破后，齐泰逃到了外郡图谋兴复建文帝的基业。
当时朱棣发令追捕，命令急迫，齐泰没有逃多远，便被燕王部下逮捕，并且押解进京。齐泰与黄子澄、方孝孺等人一样，面对朱棣的审问宁死不屈，于是被朱棣斩杀。齐泰的堂兄弟齐敬宗等人都被连坐诛杀，他的叔父齐时永、齐阳彦等发配边疆，齐泰的儿子仅仅六岁，免死发配，明世宗的时候才被赦免。