景帝即位后，倚信于謙等，積極籌劃抗御瓦剌。

九月初七日，于謙推薦遼東都指揮范廣為副總兵，協助石亨佐理京營。大同總兵劉安擅離職守，進京求封賞，被群臣彈劾禁錮。

十五日，景帝依于謙薦，任命固守大同的副總兵都督同知郭登佩征西將軍印為總兵官，鎮守大同。隨后，又依于謙議，命監察御史白圭、李賓等十五人，往直隸、山東、山西、河南各府縣招募民壯，就衛所操練，聽調策應。

十月初一日，也先和脫脫不花率領瓦剌軍挾明英宗至大同，被郭登拒絕。也先繞過大同南進。前哨精騎二萬于初三日抵紫荊關北口，另一路瓦剌軍從古北口南進，過洪州堡進攻居庸關，轉攻白羊口(居庸關西南)。初八日攻破白羊口，明守將謝澤戰死。

明廷接到郭登的戰報，京師戒嚴。初五日詔諸王派兵入衛。初八日，命于謙提督各營軍馬，將士皆受節制，劉安協守京師。分遣諸將率軍二十二萬列陣于京師九門外：總兵官石亨副總兵范廣、武興列陣于德勝門，都督陶瑾于安定門，廣寧伯劉安于東直門，武進伯朱瑛于朝陽門，都督劉聚于西直門，副總兵顧興祖于阜成門，都指揮李端于正陽門，都督劉德新于崇文門，都指揮楊節于宣武門，皆受石亨節制。于謙親至德勝門石亨軍營，抵御瓦剌的主攻部隊。

初九日下令“有盔甲軍士但今日不出城者斬”(《英宗實錄》卷一八四)。各軍至城外部署完畢后，即關閉城門，以示背城死戰的決心。又下令“臨陣，將不顧軍先退者，斬其將;軍不顧將先退者，后隊斬前隊”(《明史·于謙傳》)。于謙躬擐甲胄，率先士卒，以忠義諭三軍，人人感奮。

初九日，也先抵紫荊關，督促瓦剌軍攻關。投降瓦剌軍的明宦官喜寧引瓦剌軍由山間小路越過山嶺，腹背夾攻關城，守備都御史孫祥、都指揮韓清戰死，紫荊關被攻破。瓦剌軍由紫荊關和白羊口兩路進逼北京。十月十一日，抵北京城下，列陣西直門外，將明英宗幽禁在德勝門外空房內以為要挾(袁彬《北征事跡》)。都督高禮、毛福壽襲擊瓦剌軍于彰義門北，殺敵數百人，奪還所掠千余人。喜寧向也先建策，要明臣出迎英宗。明廷以通政使參議王復、中書舍人趙榮到也先營見英宗。也先對王復等說：“爾小官，可令胡濙、于謙、王直、石亨、楊善等來”。

瓦剌軍散騎到德勝門窺探明軍陣勢。于謙知瓦剌軍將攻德勝門，命石亨伏兵于道路兩側空房中。瓦剌軍來攻，明軍佯為敗退，瓦剌萬余騎追來，明軍神機營的火炮、火銃齊發，石亨伏兵突起夾攻。副總兵范廣，躍馬陷陣，部下奮勇作戰。瓦剌軍大敗，也先弟平章孛羅卯那孩，被火炮擊斃。瓦剌軍轉至西直門進攻，明守將都督孫鏜率軍迎戰，斬瓦剌軍前鋒數人，瓦剌軍北退，孫鏜率軍追擊，瓦剌軍增兵合圍，孫鏜退到城邊。給事中程信在城上發炮轟擊瓦剌軍，高禮、毛福壽率兵來助戰，石亨也派兵來援，瓦剌軍三面受敵，被迫退去。

瓦剌軍自德勝門和西直門退走后，又在彰義門進攻。于謙命副總兵武興、都督王敬、都指揮王勇率軍迎戰。以神銃列于前，弓矢短兵次之，挫敗了瓦剌軍的前鋒。明后軍陣亂，瓦剌軍乘勢反擊，武興中流矢死。瓦剌軍追到土城，當地居民登屋號呼，投磚石阻遏瓦剌軍。王竑、毛福壽軍趕來支援，瓦剌軍撤退。

明軍抗御瓦剌，屢獲勝利，士氣旺盛。進攻居庸關的五萬瓦剌軍，也被守將羅通擊退，羅通三次出關追擊，斬獲甚眾。也先得知各地援軍將集，于十五日夜拔營北撤。于謙命石亨等舉火發火炮轟其營，瓦剌軍死者萬余人。也先自良鄉西退，沿途大掠，在昌平焚毀皇陵寢殿。十七日，也先擁明英宗由紫荊關北退。

昌平伯楊洪自宣府率兵二萬入援京師，受命與孫鏜、范廣軍追擊瓦剌。二十四日楊洪追至霸州，敗瓦剌軍，俘擄敵軍四十八人，奪還被擄人口萬余。二十五日，孫鏜、范廣追敗瓦剌軍于固安。到十一月初八日，瓦剌軍全部退至塞外，京師解嚴。景帝、于謙領導的守御京師之戰取得了勝利。