十月十一日，瓦剌军到达北都城下，布阵西直门外，把英宗置于德胜门外空房内，诡计迫使明军献城。于谦暂隐主力，采取小部兵力到处攻击，搅乱敌军。当天早晨，高礼、毛福寿在彰义门北迎击瓦剌军，杀敌数百人，军威大振，迫使瓦剌军不敢冒然打击。也先采取喜宁的建议，借媾和诱于谦等人前去迎驾，乘机擒获，明军将无首而溃。于谦一方面派王复、赵荣去瓦剌虎帐进见英宗，另一方面针对朝廷有些人想媾和的心机提呈现在尽管备战，其他一概不闻。也先媾和的诡计没有得逞。
而打击居庸关的5万瓦剌军，因气候酷寒，明守将罗通打水灌城，墙壁结冰，瓦剌军没法打击。颠末7天的战役，瓦剌军的打击均被击退。罗通三次出关追击，斩敌无数。也先又听申明救兵将集，恐断其归路，遂于十月十五日夜命令北退。于谦命明军乘胜追击，二十四日、二十五日明军在霸州(今河北霸县)、固安等地大败瓦剌军。至十一月初八日，瓦剌军退出塞外，京师得救。京师保卫战获得了光辉的胜利。
明军奇妙应用多层设防、背城决斗、矫捷作战、要点防备平分歧的作战款式，击败了自恃强大的瓦剌军，安定了明王朝的统治，缔造了中国战役史上都会防备作战的典范战例。多层设防是此次战役的出色表现。
瓦剌军在德胜门和西直门受挫后，又在彰义门策动打击。于谦命武兴、王敬、王勇率军迎战瓦剌军。明军神铳、弓矢、短兵前后接踵，挫败了敌军的前锋。但明军本身也乱了方阵，瓦剌军乘机反击，明军败退，武兴中流矢死。瓦剌军追到土城，土城一带的住民掷砖投石，隔绝了瓦剌军的打击。明救兵赶到，瓦剌军仓促逃脱。