土木堡事变二十天之后，明朝终于有了新皇帝。九月初六，祁钰奉太后之命赴先农坛祭告天地，御临奉天殿受百官朝贺，即皇帝位。因其年号为景泰，后世称之为景帝。景帝遥尊身陷虏营的皇兄祁镇为太上皇，颁诏在全国实行大赦，免第二年田租的十分之三。
景帝年轻素无治国经验，却面临极为严峻的形势：太上皇沦落敌手，也先挟持他招摇撞骗，随时可大举内犯；由于土木堡溃败，军队一蹶不振；京师人心惶惶，有人在朝堂上公然主张朝廷南迁以避祸，兵部尚书于谦站出来怒斥道：“倡议南迁者当斩！难道看不到宋朝南渡时的教训吗？臣请速召各省勤王之兵，坚决守卫京师！”
于谦在与阉党的斗争中表现出的果敢和魄力，深得朝廷重臣王直等的信任。郕王任监国时即已擢升他为兵部尚书。在敌人即将进犯的紧要关头，于谦郑重上书景帝：“瓦剌挟持扣留太上皇，势必长驱直下侵犯京师，臣请陛下：饬令边镇守将整饬边防，严防死守，抵御来犯之敌；京师兵源薄弱，应立即分路募兵，饬令工部赶造武器盔甲；分兵把守九门，在城郊列营驻扎。并将城郊居民迁入城内；起用能人，像杨洪、石亨、柳溥一样的武官应用为将帅。至于用兵作战之事，由臣亲自承担。若战守失利，请陛下治臣之罪！”
兵部尚书是文职官员，原本不担负领兵作战之责。像于谦这样自立军令状的，自古罕见，也着实令人钦佩！景帝新立，难得有这样的能臣于国家危难之际挺身而出，因而也极为信任于谦。
于谦提议重用镇守边关卓有成效的杨洪和因阳和战败降为事官的石亨。杨洪被封为昌平伯，领兵镇守宣府，严防瓦剌南犯。石亨感谢于谦的赏识和提拔，一头扎进京营，整编队伍，日夜操练，使涣散的京营迅速提升了战斗力。于谦亲到京营检阅，见士气高昂，阵形严整，进退有序，于是奏请景帝，擢升石亨为右都督。
这边明朝君臣一心加紧战备，防止敌寇再次来犯。那边瓦剌又在酝酿新的阴谋。景帝即位后，派遣使臣季铎出使瓦剌，通知也先：大明朝廷已立郕王祁钰为帝，遥尊身处虏营的祁镇为太上皇。
这个消息对瓦剌是一个无情的打击，这意味着他们手中的俘虏皇帝已没什么实质的作用，再也不能拿他作为要挟的手段了。一些瓦剌首领主张杀了祁镇，轻车快马地去攻打北京城，把明朝的新皇帝再抓来。
降顺瓦剌的大太监喜宁却建议说：“莫若以送太上皇回国为名，长驱直入杀奔北京城。郕王懦弱得很，朝廷也没有什么领兵打仗的将领，这是个大好机会。”
瓦剌太师采纳了喜宁的建议，他以奉送太上皇回国为名，在黑松林大张旗鼓地誓师出征，宰杀了一匹白马，率领众首领向祁镇行礼，重新立他为大明天子，与北京的朝廷唱对台戏。
誓师以后，瓦剌太师亲率五万铁骑，挟裹着太上皇祁镇，兼程急进，绕过郭登把守的大同，直扑紫荆关。
在紫荆关下，他仍然采用老办法，叫太上皇祁镇去宣旨叩关。紫荆关守将孙祥与韩清不敢开门。瓦剌军队用抛石机、檑木等攻关。都督韩清领兵出战，身中数箭，坠马身亡。孙祥是个文官，退到水门内领兵进行殊死的巷战，身中数刀，壮烈牺牲。
紫荆关与居庸关、倒马关合称“内三关”，是扼守京畿的咽喉要冲。紫荆关失守，败报传至京师。兵部尚书于谦立即奏闻景帝，朝堂上立刻紧张起来。土木堡事变之后，人人对穷凶极恶的也先谈虎变色。今日他又卷土重来，意味着京都百姓又要遭殃。堂堂国都，难道又要像土木堡一样遭遇一场浩劫？
当天，北京全城宣布戒严。城防兵马司的军丁一队队手执刀枪上街巡逻，凡有形迹可疑的人一律拘捕，狱中顿时人满为患。
三天之后，形势愈发紧张。谍报称瓦剌先头部队已抵达昌平等地。景帝应吏部尚书王直、大学士陈循等大臣所请，颁旨命兵部尚书于谦提督各营兵马，所有将士均受其节制，都指挥以下军官有不服从命令者，允其先斩首示众，然后奏闻。
大敌当前，打仗需要有战斗经验的武官统率士兵作战。土木堡之役折损了太多的将帅，于谦奏请景帝将有罪关在监狱里的武将放出来，允许他们戴罪立功。被削职关进监狱的大同总兵刘安和老资格的镇远侯顾兴祖因此获释。老将成山侯王通，因交趾兵败被削职为民，此刻老爷子自告奋勇报国守城，并建议在京城外围挖掘深壕，阻滞敌人的骑兵。他的建议被于谦赏识采纳，在战场上起了作用。
于谦召集军事会议，与将领们商讨战守之策。会上石亨主张将军队全部撤守城内，关闭九门，倚仗北京的高大城墙将敌人拖垮。俟敌久攻不下之时挥兵出击，将其击溃。
于谦反对说：“也先只有五万骑兵，必然集中攻击一门，我们若坚守城内不出，必然助长其凶焰。我们的二十二万大军必须全部开出九门之外，列阵迎敌！”他随即分遣参加军事会议的诸将领：
京营总兵石亨、副总兵范广在德胜门外布阵；
都督陶瑛，在安定门布阵；
广安伯刘安，在东直门布阵；
武进伯朱瑛，在朝阳门布阵；
都督孙镗，在西直门布阵；
镇远侯顾兴祖，在阜成门布阵；
都指挥李端，在正阳门布阵；
都指挥刘得新，在崇文门布阵；
都指挥杨节，在宣武门布阵；
……
他同时宣布：“大军开战之日，众将军出城之后，立即关闭九门，有敢擅自放军队入城者斩！”
这道命令令诸将深感震撼！这意味着众将率士兵出城，只有拼死杀退敌人才有生路。如不能退敌，身后是紧闭的城门，必死无疑！
于谦这“置之死地而后生”的战略，大大激发了保卫京城的二十二万将士的勇气，使他们意识到只有奋勇杀敌一条生路！
德胜门外将是瓦剌进攻京城的主战场，于谦将兵部尚书印玺交给侍郎吴宁保管，亲自到德胜门督战，大大鼓舞了德胜门守军的士气。
十月十一日，瓦剌兵临城下，准备大举攻城。他们把太上皇祁镇安置在德胜门外一座空宅里，派遣纳哈出同明朝使臣岳谦去彰义门外喊话，要明廷派大臣来迎奉太上皇入城，企图不战而占领京城。
彰义门的守军识破瓦剌人的伎俩，守城军官一声令下，万箭齐发，岳谦竟被射死，纳哈出狼狈逃回。明军乘势出击，在彰义门外的土城与瓦剌军交锋。那里街巷交错，不利骑兵冲锋，明军用大刀长矛砍杀数百名瓦剌骑兵，取得初战胜利，军威大振。
瓦剌军受挫，知道明军在城外严阵以待，强攻难以奏效。这时又是叛阉喜宁献计，扬言要送还太上皇，并让太上皇祁镇在德胜门土城亮相，要求明廷遣使来议和迎驾。
朝廷召集群臣紧急磋商。大臣们都认为这是瓦剌太师的阴谋，如果朝廷派大臣去迎驾，必遭其扣押。于是拟在下级官员中挑选两人作为使臣去朝见太上皇。通政司参议王复自告奋勇愿往，朝廷便升他为右通政使，又升另一位中书舍人赵荣任太常寺少卿，命他二人出城朝见太上皇，进呈御膳和问安书信。
王复、赵荣二人在德胜门土城朝见了太上皇祁镇，献上羊酒、御膳。也先问使臣是什么官，祁镇答：“都是小官。”
也先怒道：“你们小臣怎能议大事？可令于谦、王直、胡滢、石亨来。”他还开出条件，向明廷索要黄金一万两、白银两万两，即可奉还太上皇。
王复、赵荣返回朝廷复命，大臣们识破也先计谋——诱骗于谦、石亨等前去谈判，乘机扣押，使明军失去坚强的将领，然后趁乱攻取北京。
景帝惧怕瓦剌的凶焰，仍想多给金银与瓦剌议和。他派人去德胜门军营征询于谦的意见。于谦正忙于布阵，准备迎击瓦剌下一拨进攻。他愤怒地说：“今日臣只知道打仗，其他概不与闻！”他深知敌人兵临城下，唯有一战决胜负，决不能有其他幻想！他让来人转奏景帝，今后再不要派使臣出城谈判。
也先见明廷再无人来谈判，气得暴跳如雷，决定大举进攻。至此，这场决定明朝命运的生死大战，不可避免地爆发了。
十月十三日凌晨，德胜门外高高低低的民舍中，居民早已撤至城内。可在晨曦微光中，这些空屋中人影幢幢。石亨将他手中的神机营埋伏在这里，屋顶墙壁挖设枪眼，将一杆杆装好火药的神铳填满火药，瞄准街道上的每一个死角，准备给来犯的敌人致命一击！
凌晨，瓦剌派了一队骑兵前来探路，他们在德胜门遭遇明军的骑兵。可他们神色慌张，见到瓦剌人就夺路而逃。也先料定明军守备不严，便决定大军进攻德胜门。只要把德胜门拿下，他们便可长驱直入杀入京城。
也先派他的幼弟平章孛罗卯那孩率一万骑兵打头阵，向德胜门方向猛攻。明军以少量骑兵应战，他们且战且退，纷纷撤往城郊那些空旷的民居后面，以逃避追兵。
瓦剌骑兵杀得兴起，在马上挥舞圆月弯刀，“嗬嗬”怪叫，直追明军。统帅平章孛罗卯那孩一贯骁勇，冲在最前面。
突然，寂静的民居群发出隆隆的巨响，各屋屋顶、墙角和门缝中射出灼人的火光。神机营的勇士们瞄准在狭窄的街巷中挤成一堆的瓦剌骑兵射击。一时间火光迸裂，枪声隆隆。瓦剌骑兵一个个惨叫着从马上栽下来，冲在最前面的平章孛罗卯那孩头部被火铳击中，脑浆迸裂，死于马下。
瓦剌骑兵正欲四散逃窜。石亨率领的伏兵从民舍后面杀出，截断了逃路。而副总兵范广又率军从德胜门杀出，正面迎击敌人。刹那间，瓦剌的一万骑兵伤亡大半，只有少量抱头鼠窜，侥幸逃出。
瓦剌兵在德胜门吃了败仗，知道这里有重兵把守，石亨等名将不好惹，于是气急败坏地转攻西直门。
明军都督孙镗率军一万驻扎在西直门外，瓦剌兵由德胜门转旗杀到时，他正率领数百名士兵，与大部队隔离，猝不及防，只得仓促迎敌。他挥舞大刀连砍几名瓦剌人，冲出重围，抬头一看，到了西直门下，于是向城上喊话，要求放下吊桥接他进城。守城的给事中程信认出是孙都督，却连连对他摆手，表示于谦早已有命令不许开城。孙镗无奈，只得返身继续拼杀，程信也用城上的炮火轰击敌军，支援孙镗。
正在万分危急时，石亨亲自率领京军中的精锐部队驰援西直门。冲在最前面的虬髯大汉就是石亨之侄——游击将军石彪。他挥舞巨斧连砍数名瓦剌兵，有的被砍去头颅，有的竟被劈成两半！
孙镗见有援手，信心大振，挥舞大刀又连斩几名瓦剌骑兵。于是明军在石亨指挥下，又把进犯西直门的瓦剌兵击退。
也先闻讯大怒，他不甘心德胜门和西直门都吃败仗，又转而袭击彰义门。这里的明军指挥官是副总兵武兴，他早已布好防线。待瓦剌骑兵冲杀过来，第一拨他用神铳火器密集发射，轰死不少骑兵；接着又派出一排弓弩手，连发强弩射出的蝗式箭阵让瓦剌骑兵纷纷坠马。最后步骑兵协作进击，退了进犯彰义门的瓦剌人。不幸的是，副总兵武兴在战斗中壮烈牺牲。
十月十三、十四两天，瓦剌军在北京城下的几次进攻，都被明军打退。也先仗着骑兵机动的优势，在北京城下团团转地围攻。而明军也有二十二万大军守城，且石亨亲率主力骑兵万余人，机动地四处驰援。北京九门守将许多是于谦新提拔的将领，均期望在京城保卫战中立功，个个兢兢业业守城。部分戴罪立功的将领更想在北京保卫战中有出色战绩，以赎前罪。他们不仅带兵打仗有一套，还竞相驰援别处吃紧的城防。整个北京城形成了水泼不进的链式防守，这令兵力处于劣势的也先只能望城兴叹，无可奈何。
也先在北京城下苦苦煎熬了五天，生生地被于谦和石亨这对文武搭档阻挡在北京城下。明朝初年经过郑和七下西洋，引进了荷兰的红夷大炮，炮火威力惊人，这使瓦剌军根本不敢使用骑兵集团冲锋。也先带来了云梯、撞木、抛石机等攻城工具，可这些东西在平原地带或许有用，但面对北京巍峨高大的城墙、宽阔的护城河，连试一试的机会都捞不着。
此时，瓦剌潜伏在河北、山西各地的间谍纷纷来报，各地勤王兵马已在赶往京城的路上。也先素来惧怕的猛将杨洪也率领两万步骑从宣府出发，杨洪一旦领兵杀到，与石亨所率数万步骑会合，也先这区区五万骑兵恐难逃被围歼的命运。
形势如此不利，也先怕被南方的勤王军队和迅速进军的杨洪包了饺子，决定在十五日夜间拔营向北撤退。他令弟弟伯颜帖木儿带着太上皇先走。
明军探得太上皇已离开瓦剌军营，十五日午夜时分，瓦剌人还未来得及动身，京郊万籁俱寂，远处明军兵营数十门大炮开始猛烈轰鸣，炮弹雨点般落到瓦剌的营地里，瓦剌军营顿时一片火海，睡梦中的瓦剌官兵伤亡达万余人。
经此一劫，也先狼狈北撤，一路还不忘大肆劫掠所过州县，过昌平时烧毁了明长陵、献陵和景陵的地面建筑，凡能劫走的一律劫走，连殿柱上的镏金都给刮了个精光，然后付之一炬，借以泄愤。
此时，杨洪率兵两万入卫京师。于谦命他与范广、孙镗率领京军追击败退的也先。孙镗在涿州截击落后的瓦剌军，斩获数百人；又与杨洪会师，一直追到霸州，截击也先的后续部队，俘获贼首阿归等四十八人，夺回被劫掠的人畜数以万计。
至此，惊天动地的北京保卫战落下帷幕。大明朝廷经此一战，终于转危为安。京师宣布解除戒严，百姓奔走相告，敲锣打鼓，燃放鞭炮庆贺胜利。
景帝命光禄寺在宫中摆下庆功宴，文武百官齐集，举杯畅饮，庆贺北京保卫战的伟大胜利。饮宴之后，景帝命兵部评定战功。自然以于谦和石亨军功最大。景帝颁诏，封石亨为武清侯，晋升左都督，享禄一千石，仍命掌管京营。于谦由二品尚书升从一品尚书，加赠少保衔，总督军务。
于谦固辞封赏，说：“让贼寇打到京城四郊，这是我辈大臣的耻辱，还有什么资格邀功领赏？”
景帝坚持要封赏他，于谦接受了“少保”的荣誉头衔。
石亨加官晋爵，觉得自己功不如于谦大，心中有愧，于是举荐于谦之子于冕为副千户。正直的于谦却说：“石亨位居大将，不闻举一隐幽，拔一行伍，而独荐吾子，于公议得乎？”