此一战役，明军死伤十余万，文武官员亦死伤数十人。英宗被俘消息传来(史书上假称英宗被俘为“北狩”)，京城大乱。廷臣为应急，联合奏请皇太后立郕王为皇帝。皇太后同意众议，但郕王却推辞不就。文武大臣再三请求，郕王无奈应允，于九月初六登基，是为景帝，以第二年为景泰元年，奉英宗为太上皇。瓦剌俘虏明英宗，便大举入侵中原。并以送太上皇为名，令明朝各边关开启城门，乘机攻占城池。十月，攻陷白羊口、紫荆关、居庸关，直逼北京。
也先大兵逼近北京城，势不可挡，明朝廷惶惶不安，有大臣提出南迁都城。兵部侍郎于谦极力反对迁都，要求坚守京师，并诏令各地武装力量至京勤王。随后，调河南、山东等地军队进京防卫，于谦主持调通州仓库的粮食入京，京师兵精粮足，人心稍安。正统十四年(公元1449年)十月初六，也先挟持英宗入犯北京，京城告急，北京保卫战开始。
明景帝让于谦全权负责守战之事，于谦分遣诸将率兵22万，于京城九门之外列阵，并亲自与石亨在德胜门设阵，以阻敌人前锋。十三日，于谦派骑兵引诱也先，也先率数万众至德胜门时，明朝伏兵冲出，神机营火器齐发，将也先兵马击溃。也先又转攻西直门，城上守军发箭炮反击，也先又败。京师之围解除。
正统十四年秋，明军于土木堡(今河北怀来土木镇)大败于瓦剌，英宗被俘，导致严重的军事危机，这已是广为人知的事实。但不同时代、不同作者对这次战役的记载颇多歧异与疑点，尚需条梳史料以澄清事实。
明军参战人数、瓦剌军行进路线、明军回军策略以及明边镇在土木之战中的作用等诸多问题仍需探讨;以此为例，并可初步认识明代中期京营、边镇的规模和有关明代前中期史实记载的可信程度。
在土木堡之变死难的群臣中，太师英国公张辅、泰宁侯陈赢、驸马都督井源、平乡伯陈怀、襄城伯李珍、遂安伯陈埙、修武伯沈荣、都督梁成、王贵、户部尚书王佐、兵部尚书邝埜、吏部左侍郎兼翰林院学士曹鼐、刑部右侍郎丁铉、工部右侍郎主永和、都察院右副都御史邓栗、翰林院侍读学士张益、通政司左通政龚全安、太常寺少卿黄养正、戴庆祖、王一居、太仆寺少卿刘容、尚宝少卿凌铸、给事中包良佐、姚铣、鲍辉、中书舍人俞拱、潘澄、钱禺、监察御史张洪、黄裳、魏贞、夏诚、申祐、尹竑、童存德、孙庆、林祥凤、郎中齐汪、冯学明、员外郎王健、程思温、程式、逯端、主事俞鉴、张塘、郑瑄、大理寺副马豫、行人司正尹昌、行人罗如墉、钦天监夏官正刘信、序班李恭、石玉等五十二人皆死于混战之中。
土木之变致使明朝皇帝明英宗被瓦剌也先俘获;四朝老臣张辅、驸马井源、兵部尚书邝埜、户部尚书王佐、侍郎丁铭、王永和以及内阁成员曹鼎、张益等五十余人全部被杀，无数文官武将战死;财产损失不计其数。
五十万大军全军覆没，最为精锐的三大营部队亦随之毁于一旦;京城的门户亦已洞开，强盛的大明朝由盛转衰，明朝进入了中期阶段。