正统十四年八月十五日，土木堡之变发生，英宗被也先俘获。
消息很快便传至京都，朝堂顿时震动，引起轩然大波，孙氏见状，急忙下诏，立朱见深为太子，命郕王朱祁钰监国来稳住朝堂局势。
朝堂上，此时已经分出两个派系，一派希望求和，南迁，另一派主张开战。
少部分是以徐有贞为首的主和派，甚至在这危急存亡的关头说出经过夜观天象，此时应当答应要求，进行南迁，暂避其锋芒。
这种想法直接被于谦，王直等人厉声痛斥，以宋朝衣冠南渡这一历史反驳，并且说出主张南迁者可斩。
最终还是主战派们占据上风，说服了孙氏与朱祁钰，顿时间明朝一方坚定决心，表示要誓死抵抗。
而此时的瓦剌，正在利用英宗“叫门”。
八月十七日，也先带着明英宗来到宣府镇城，派人向城内明军递送英宗的手谕，要求打开城门迎驾。
宣府总兵官杨洪既不接旨也不敢出面回应，以天黑看不清皇帝是否在城外、依制已到门禁时间不得开门、杨洪不在城内无人可以拍板决定不开门。
也先便更改路线，八月二十日，瓦剌大军到达大同城外的东塘坡，英宗亲笔写好书信，并命忠勇伯蒋信送入城中，但大同守军没有相信，蒋信无功而返。
英宗只得再派身边的锦衣校尉袁彬，袁彬到大同城下以头撞门大声呼喊，守军放其入城。
袁彬递交了书信并转述皇帝要求厚赐也先并开门迎驾，但大同守将郭登拒绝了迎英宗入城的要求。
朝堂上，一众大臣得知这一消息后，于九月初六日，朱祁钰在朝臣的拥戴下即皇帝位，遥尊英宗为太上皇帝。
九月二十日，也先再次带朱祁镇再次来到大同“叫门”，郭登依然没开门，并且还准备趁瓦剌军松懈时夜袭偷营抢出英宗，但行动因消息泄露而失败。
未能得逞的也先最终决定，直攻北京，于正统十四年十月初一，兵分三路，中路军五万人从宣府方向进攻居庸关，东路军两万人从古北口方向进攻密云，也先则亲率西路十万兵马挟持英宗，自集宁经大同、阳和（今阳高），攻陷白羊口（今天镇北）后，挥师南下，直逼紫荆关。
十月初九，也先至紫荆关，并令瓦剌军加紧攻关，此前投降瓦剌的明宦官喜宁告知瓦剌山间小路，紫荆关腹背受敌，守将孙祥、韩清全部战死，紫荆关被瓦剌攻破，随后，瓦剌军便由白羊口和紫荆关向北京进军。
十月十一日抵达北京城下，列阵西直门外，把朱祁镇放置在德胜门外空房内。
也先此时也明白，其余各地勤王大军就快要抵达，他们蒙古部落都是骑兵，根本不善于攻城，面对已经加固的北京城，他们是极难攻破的，于是也先便打算先进行谈判。
也先要求明朝以大量金银珠宝赎回以成为太上皇的朱祁镇，并将宣府，大同等地割让于他，再开通两地互市，进行交易。
最后还要求明朝官员出门迎驾朱祁镇，想通过明朝派人迎接英宗，来营造一种明朝对瓦剌妥协、屈服的态势，进而获取更多政治资本。
只是，此时的明朝一方是于谦为首的主战派，上下一心，早已坚决主战，在此之前便开始组织城中军民进行城墙加固，武器储备等等充足准备，便直截了当的回绝也先的要求。
谈判无果，也先只好下令攻城。
此时，于谦已被代宗升为兵部尚书，并全全负责北京守卫战一事，这也是于谦第一次指挥这场规模壮大的战役。
于谦将二十二万大军有针对性地列阵于北京九门之外德胜门，因它是也先进攻的重点方向，于谦派石亨等将领率重兵防守，部署了大量精锐部队和火器。
在西直门、彰义门等重要城门也安排了得力将领和足够的兵力，形成了完整且重点突出的环形防御体系。
城内安排了孙镗等将领率领的机动兵力作为预备队。
一旦城外某门战事吃紧，预备队能迅速出城增援。
同时，在城外的要道、山谷等关键位置设下伏兵，像在德胜门附近的民房中就埋伏了大量精兵，与城上守军相互呼应，对来犯之敌形成内外夹击之势。
之后于谦作为主帅，亲自穿着战甲，手持武器，到最前线的德胜门督战。
他这种不顾个人安危、亲临战场的行为，极大地稳定了军心，让将士们看到了主帅与他们共生死的决心，顿时士气大振。
于谦传檄京城内外，晓之以理，动之以情，呼吁城中军民同仇敌忾，保卫家园，强调京城的安危与每个人息息相关。
另外，对于在战争期间造谣生事、扰乱军心的人，如一些散播投降言论、制造恐慌的人，于谦果断下令严惩，稳定了城内秩序，使军民能够一心抗敌。
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也先集中兵力攻打德胜门，于谦设下埋伏，派石亨等将领率军在城外迎战。
明军神机营火器齐发，重创瓦剌骑兵，也先的弟弟孛罗等中炮身亡，瓦剌军大败。
西直门，都督孙镗率军力战，与瓦剌军展开激烈争夺，战斗从早到晚持续进行。
孙镗一度因兵力不支退至城下，后在援兵的帮助下稳住阵脚，击退了瓦剌军。
也先又转攻彰义门，明军在城外列阵抵抗，副总兵武兴率军与瓦剌军激战，明军一度占据上风。
但此时有宦官率数百骑兵冲击明军阵后，导致明军阵脚大乱，武兴中箭牺牲。
不过，瓦剌军也因明军的顽强抵抗而难以深入，战斗陷入僵持。
最终，也先收到勤王大军即将抵达的消息后，担心后路被截断，困死在大明，只好带着朱祁镇于十月十五日开始北遁。
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这一战，于谦在北京保卫战中采取了积极防御的战略，既坚守城池，又主动出击，打击敌军，改变了土木堡之变前明朝军队被动防御的局面，显示出他对战略战术的深刻认识，即要根据实际情况灵活运用战略，不一味被动挨打。
这一战于谦堪称卓越。
而在此之前，于谦于谦力排众议，坚决反对南迁，提出“京师天下根本，一动则大事去矣”，稳定了朝廷的主心骨，坚定了朝堂上下守卫北京的决心。
于谦还积极推动郕王朱祁钰即位，使也先挟持英宗要挟明朝的图谋落空，为明朝在政治上树立了新的核心，避免了群龙无首的混乱局面。
同时还借此机会将朝中以王振为首的宦官势力进行了一波大放血，彻底稳固了朝堂。