於謙道:“如今瓦剌軍士氣高漲，如果我們禁閉城門，那麼低人就會認為我們怕了，他們會更加猖狂。所以我覺得，我們應該背城決戰，將二十二萬大軍列陣九門之外，並以重兵伏設於德勝門，形成一個城為營，以戰為守，分調援軍，內外夾擊的作戰部署，與瓦剌軍於北京城下一決死戰。”
石亨道：“此計甚妙。”
正說之間，隻見瓦剌軍漸漸逼近北京城，半個時辰後，瓦剌軍在距離城門不遠處安營紮寨，瓦剌首領也先將軍隊布置在西直門以西，於謙派兵迎擊瓦剌軍於彰義門，打敗也先部隊先鋒，奪回被俘者一千多人。
也先將主力列陣西直門外後，挾持英宗皇帝到德勝門外的土城，要求朝廷派於謙、石亨等高級將領親自出迎，並索求金帛數以萬萬計，企圖以此將明軍主將擒獲，迫使明朝獻城。於謙識破了敵人的陰謀，一方麵派出官員朝見英宗，一方麵提出“社稷為重，君為輕”的主張，統一官兵思想，嚴陣以待，粉碎了也先的誘騙陰謀。在兵力部署上，於謙審時度勢，靈活用兵；在戰役主要方向上，隱蔽主力，待機殲敵；在次要方向上，避敵主力，采取小股襲擾，處處出擊的策略，迷惑敵軍，給瓦剌軍造成錯覺。晚上於謙安排蕭覬飛三個對瓦剌軍進行夜襲，蕭覬飛三人率領部隊衝進瓦剌軍營地，砍殺瓦剌軍眾多，軍威大振，周翮翔本想帶二百個人頭回去，怎奈形勢迫切，隻得與蕭覬飛回城。
兩日後，北京城的上空烏雲密布，頃刻間迎來了一場暴雨，也先趁此天氣，率領軍隊進攻德勝門。於謙命蕭覬飛等人率少數騎兵佯裝戰敗以引誘敵人。也先中計，督精騎萬人追擊，陷入明軍的埋伏地。明軍神機營火器齊發，伏兵驟起，大敗瓦剌軍於城下，斬殺萬餘人。鐵頸元帥也先之弟孛羅、平章卯那孩等重臣也中炮身亡。也先收集潰兵轉而進攻西直門，又被明軍神機營與步、騎兵的聯合行動所擊敗。
也先發覺明軍主力在德勝門，便集中力量轉攻西直門。都督孫鏜率軍迎戰，打敗也先的先頭部隊。由於也先不斷增兵圍攻孫鏜，孫鏜力戰不支，退至城下，此時，把守城頭的給事中程信，嚴令不準開城。同時，命城上守軍發神炮，火箭轟擊瓦剌軍，明軍又從彰義門、德勝門抽兵增援，終於打退了瓦剌軍的進攻。
瓦剌軍又改為進攻彰義門。於謙命守軍將城外的街巷堵塞，在重要的地帶埋伏好神銃手、短槍手，又派兵在彰義門外迎戰。明軍前隊用火器轟擊敵軍，後隊由弓弩壓陣跟入，擊退了瓦剌軍的進攻。而此時，景帝所派監軍太監，率數百騎兵衝擊敵陣去搶功，使明軍陣勢陷入混亂。瓦剌軍乘勢反擊，追到德勝門外。在萬分危急關頭，當地居民紛紛登上房頂，以磚石迎戰瓦剌軍。於謙派出的援軍也及時趕到，打退了瓦剌軍的反撲。
也先在進攻北京的過程中，到處遭到軍民的抵抗和不斷襲擊。各地的百姓自動組織起來，抗擊瓦剌軍的掠奪。北方邊陲重鎮的守兵，也抱著與城共存亡的決心，誓死保衛國土。也先進攻北京各門屢次遭到失敗，中路軍在居庸關的進攻也受挫，並獲悉明朝各路援軍即將到達。唯恐後路被切斷，便率一部人馬，挾持英宗朱祁鎮由良鄉向紫荊關撤退。於謙發現也先軍隊正在撤退，即命令石亨等集中火炮轟擊也先軍營，炸死瓦剌軍一萬餘人。瓦剌軍在撤退的路上，一路燒殺搶掠，掠奪了許多物資和人口。而明軍分路追擊；石亨大破瓦剌軍於清風店，範廣在固安打敗瓦剌軍。也先一路狂逃，撤出紫荊關，不久退往關外。東路的脫脫不花軍，聞得中路、西路已敗，亦立即撤退，並於六日後單獨遣使進貢，來北京議和，英宗朱祁鎮也被釋放回國。
由於蕭覬飛三人在京城保衛戰中立了大功，於謙要向皇上啟奏封他們三人為將軍。