爲了安定人心，皇太后宣佈由朱祁鈺監國(代理皇帝的職權)，召集大臣，商討對策。大臣們意見不同，侍講徐珵(chéng)說：“天命就是這樣，只有逃到南方去才能免禍。”兵部侍郎于謙厲聲說：“主張南遷的，就應該殺頭。京都是國家的根本，怎麼能隨意遷移呢?大家難道忘了南宋的教訓嗎?現在的辦法就是趕快調集軍隊，安定民心，準備戰守。”于謙的主張得到許多大臣的支持，皇太后決定讓于謙負責守衛北京。爲安定人心，于謙等主戰派請太后正式宣佈朱祁鈺做皇帝，英宗改稱太上皇。之後，朱祁鈺稱帝，即明代宗，又稱景泰帝。
于謙在危難之中接受了守城的重任。他一邊命令各邊關鎮守將領加強防備，調兵遣將，加強京城及附近的兵力，一邊從速修繕(shàn)器具，整頓內部，逮捕了一批瓦剌軍的奸細。
各地入京護衛的軍隊陸續到達，但土木堡的慘敗，使將土們十分畏懼瓦剌軍。于謙認爲瓦剌軍氣焰囂張，只有打敗他們才能保證國家的安定。針對將士們的怯懦，于謙下了一道嚴令：臨陣打仗時，將軍不顧士兵先退縮的，斬；士兵不顧將軍先退縮的，斬。將士們被于謙果敢堅決的精神感動了，土氣奮發昂揚，都下定決心誓死保衛北京。
于謙宣佈將領們分別帶兵出城，在京城九門之外列陣，他親自率石亨等人駐守在德勝門外，面對着敵人到來的方向。
也先的大本營設在北郊土城。爲了探知明軍的兵力部署，他派出了探馬。于謙將計就計，用少量遊騎迷惑敵人，也先上當，以爲明軍兵力有限，命令一萬多人馬發起進攻。當瓦剌軍進入埋伏圈後，明軍一躍而起，大力衝殺，也先軍潰不成軍，忙撤回土城。明軍緊追不捨，城外的百姓也配合明軍，爬上屋頂，向敵人投擲磚瓦，瓦刺軍死傷慘重。
也先攻北京損失慘重，知道明軍已有準備，如果不速戰速決，退路可能被明軍截斷，就有自身難保的危險。也先想不出什麼好辦法，只能帶着明英宗和殘兵敗將撤退。于謙探知也先撤退，連夜命令石亨用大炮轟擊敵人營壘，殺死敵人數萬。也先逃走，北京的威脅也就解除了。
爲了進一步加強北京的防守，于謙採取了有力的措施。他除了鞏固北邊防務外，還在西面和南面設鎮屯兵。他又改革軍制，設立團營，自己兼任總督，命令將土們每天操練，大大地提高了軍隊的作戰能力。
于謙立了大功，保住了北京城，受到北京軍民的擁護和愛戴，明代宗也十分敬重他。于謙兩袖清風，十分廉潔，住的房子非常簡陋，明代宗要爲他建一座府第，于謙推辭說：“國家現在正是危難的時候，我怎麼能貪圖享受呢?”
于謙臨危不懼，運籌帷幄，指揮若定，挽救了明朝廷的危難，他力挽狂瀾，起到了中流砥(中)柱的作用。此後，也先又進攻過大同，包圍過代州，但再也未能**。北京城在以後的七八十年內再也沒有受到敵人的踐踏。