也先俘捉英宗以后，就想利用这个“御驾”做招牌，威胁并诈诱明朝各边镇开城迎降。由于于谦严令各将领坚守关隘，“自今瓦剌奉驾(太上皇)到，不得轻出”。因此也先拥英宗到宣府、大同等处，守将都闭门不纳。九月末，瓦剌发动了第二次总攻势。十月初，瓦刺别部三万骑攻辽东各镇，同时别部进犯甘肃沿边。也先率主力军骑兵三万掠大同，直冲紫荆关，阿刺率二万骑突人古北口。十月九日，也先破紫荆关，阿刺等军从赤城南下，两路向北京合围。当时在北京，明朝从各地征调和新募的军队约二十二万人，但有盔甲者仅十分之一。各将领地守城方略议论纷纭，多主张退军城内，坚壁清野，以避敌锋。于谦坚决主张必不可示弱。当列阵郊外，迎击敌军。他亲身披擐甲胄，主持大军，驻营德胜门外，分配防卫九门兵力，指定负责将领，誓告全军，效忠卫国。特令“临阵，将不顾军先退者，斩其将，军不顾将先退者，后队变前队”，于是人人感奋，士气昂扬。
十一日，瓦刺军列阵西直门外，两军对垒。也先仍扬言要释放“圣驾”，胁迫明朝屈服讲和，并指出要于谦等大臣出来迎接，但被拒绝了。当夜，明军进击瓦剌军先锋于彰仪门外，获得第一次小胜，军威大振。次日，明军在各门外略有斩获。十三日，瓦刺军和明军在德胜门外展开了激烈的斗争。当时天寒，降雪，又大风，忽而雷电降雨。于谦先派石亨领兵埋伏在道旁民间空屋内，另派小队骑兵做急前锋，冲击瓦剌军阵，接战时假装败退，也先立刻挥动精骑万余，呼啸追来，直逼明军。于谦待敌军进城，令神机营火炮火铳齐发，同时石亨伏兵骤起，前后夹攻，也先军惊扰，明军副总兵范广骁勇绝伦，跃马当先，冲入敌阵，部下将兵齐力杀进，瓦剌军大败于城下，死伤无数，也先弟平章孛罗卯那孩，在搏战中被大炮击毙。瓦剌军转攻西直门，都督孙镗率军迎击，瓦刺军稍向北退，孙镗追击，瓦剌军增援反扑，孙镗军拼力血战。明军高礼、毛福寿等率兵从南面来助战，激战更急，战阵渐逼近城门时，城上守程信急发箭炮助战，会石亨领兵又从北面赶到，瓦刺军三面被围攻，才向西南退去。这是明军给也先以迎头痛击的第一次大会战。次日，于谦又亲自指挥都督毛福寿等军大败瓦刺军于彰仪门土城外，在两军搏斗时，京郊居民配合官军奋勇杀敌，纷纷跳上屋顶墙头，猛飞砖石，呼声震天，瓦剌军惊愕溃逃。这是明军第二次大胜。继而京郊军民配合展开了追击战，瓦刺军别支部队分掠各州县农村，也多遭民兵抗击。也先迫使明朝“迎驾”的阴谋，毫未得逞，在五天的激战中，又连战连败，死伤很多，也先大感沮丧。另外瓦刺军在居庸关也被明守将罗通击败。十五日夜间，瓦剌军拔营潜遁，于谦派石亨率军追击到良乡以西。十七日，也先拥朱祁镇出紫荆关退去。九、十月瓦刺军焚掠山西、河北各地，也都被驱北退。十一月八日，瓦剌退回塞外，京师宣布解严。