景帝即位后，倚信于谦等，积极筹划抗御瓦剌。
九月初七日，于谦推荐辽东都指挥范广为副总兵，协助石亨佐理京营。大同总兵刘安擅离职守，进京求封赏，被群臣弹劾禁锢。
十五日，景帝依于谦荐，任命固守大同的副总兵都督同知郭登佩征西将军印为总兵官，镇守大同。随后，又依于谦议，命监察御史白圭、李宾等十五人，往直隶、山东、山西、河南各府县招募民壮，就卫所操练，听调策应。
十月初一日，也先和脱脱不花率领瓦剌军挟明英宗至大同，被郭登拒绝。也先绕过大同南进。前哨精骑二万于初三日抵紫荆关北口，另一路瓦剌军从古北口南进，过洪州堡进攻居庸关，转攻白羊口(居庸关西南)。初八日攻破白羊口，明守将谢泽战死。
明廷接到郭登的战报，京师戒严。初五日诏诸王派兵入卫。初八日，命于谦提督各营军马，将士皆受节制，刘安协守京师。分遣诸将率军二十二万列阵于京师九门外：总兵官石亨副总兵范广、武兴列阵于德胜门，都督陶瑾于安定门，广宁伯刘安于东直门，武进伯朱瑛于朝阳门，都督刘聚于西直门，副总兵顾兴祖于阜成门，都指挥李端于正阳门，都督刘德新于崇文门，都指挥杨节于宣武门，皆受石亨节制。于谦亲至德胜门石亨军营，抵御瓦剌的主攻部队。
初九日下令“有盔甲军士但今日不出城者斩”(《英宗实录》卷一八四)。各军至城外部署完毕后，即关闭城门，以示背城死战的决心。又下令“临阵，将不顾军先退者，斩其将;军不顾将先退者，后队斩前队”(《明史·于谦传》)。于谦躬擐甲胄，率先士卒，以忠义谕三军，人人感奋。
初九日，也先抵紫荆关，督促瓦剌军攻关。投降瓦剌军的明宦官喜宁引瓦剌军由山间小路越过山岭，腹背夹攻关城，守备都御史孙祥、都指挥韩清战死，紫荆关被攻破。瓦剌军由紫荆关和白羊口两路进逼北京。十月十一日，抵北京城下，列阵西直门外，将明英宗幽禁在德胜门外空房内以为要挟(袁彬《北征事迹》)。都督高礼、毛福寿袭击瓦剌军于彰义门北，杀敌数百人，夺还所掠千余人。喜宁向也先建策，要明臣出迎英宗。明廷以通政使参议王复、中书舍人赵荣到也先营见英宗。也先对王复等说：“尔小官，可令胡濙、于谦、王直、石亨、杨善等来”。
瓦剌军散骑到德胜门窥探明军阵势。于谦知瓦剌军将攻德胜门，命石亨伏兵于道路两侧空房中。瓦剌军来攻，明军佯为败退，瓦剌万余骑追来，明军神机营的火炮、火铳齐发，石亨伏兵突起夹攻。副总兵范广，跃马陷阵，部下奋勇作战。瓦剌军大败，也先弟平章孛罗卯那孩，被火炮击毙。瓦剌军转至西直门进攻，明守将都督孙镗率军迎战，斩瓦剌军前锋数人，瓦剌军北退，孙镗率军追击，瓦剌军增兵合围，孙镗退到城边。给事中程信在城上发炮轰击瓦剌军，高礼、毛福寿率兵来助战，石亨也派兵来援，瓦剌军三面受敌，被迫退去。
瓦剌军自德胜门和西直门退走后，又在彰义门进攻。于谦命副总兵武兴、都督王敬、都指挥王勇率军迎战。以神铳列于前，弓矢短兵次之，挫败了瓦剌军的前锋。明后军阵乱，瓦剌军乘势反击，武兴中流矢死。瓦剌军追到土城，当地居民登屋号呼，投砖石阻遏瓦剌军。王竑、毛福寿军赶来支援，瓦剌军撤退。
明军抗御瓦剌，屡获胜利，士气旺盛。进攻居庸关的五万瓦剌军，也被守将罗通击退，罗通三次出关追击，斩获甚众。也先得知各地援军将集，于十五日夜拔营北撤。于谦命石亨等举火发火炮轰其营，瓦剌军死者万余人。也先自良乡西退，沿途大掠，在昌平焚毁皇陵寝殿。十七日，也先拥明英宗由紫荆关北退。
昌平伯杨洪自宣府率兵二万入援京师，受命与孙镗、范广军追击瓦剌。二十四日杨洪追至霸州，败瓦剌军，俘掳敌军四十八人，夺还被掳人口万余。二十五日，孙镗、范广追败瓦剌军于固安。到十一月初八日，瓦剌军全部退至塞外，京师解严。景帝、于谦领导的守御京师之战取得了胜利。