这时，北京城内疲兵羸马不足十万，政局动荡，人心惶惶，社会秩序混乱不堪。于谦受命于危难之秋，针对这种形势，决定先从稳定政局入手。

一天，郧王临朝理事，众臣哭诉王振的罪行，纷纷提出族诛王振以安人心的要求，朱祁钰迟疑不敢答复。王振的党羽马顺上前喝斥，激起众怒，被群臣一拥而上当场打死。同时被打死的还有宦官毛贵、王长。又有人乘势捉住王振的侄子锦衣卫指挥王山，一时群情激愤，朝班大乱。王吓得六神无主，正要退避。于谦挺身而出，上前拉住王，劝他当众宣布马顺等人当死，百官无罪，这才将混乱的局面安定下来。接着王下令处斩王山，诛王振党羽及全族。朝中的宦党势力受到打击，人心渐渐趋于稳定。

内患既除，但国不可一日无君。王监国摄政，遇大事总不敢决断，这对明王朝的战守非常不利。于谦等文武大臣多次劝谏，说服了皇太后和王，拥立王即位称帝，统一朝政号令，从而扭转了动乱的局面。同时，这也从政治上打击了也先，使他“挟天子以令诸侯”的诡计不能得逞。

稳定了政局，于谦又从各地选拔出有才干的将领，组成抗战的指挥集团，开始着手调兵筹饷，整军备战。于谦等人首先调两京、河南备操军，山东及南直隶沿海备倭军，江北及北京诸府运粮军，紧急集中北京，又派人到京畿、山东、河南等地招募兵士，速成训练，以备调遣；将通州（今北京通县）可供京师一年之用的数百万石粮米运入北京，加强了后勤实力。接着于谦组织军民加固城墙，并疏散城外周围居民，加大防御纵深；又命工部赶造兵器战车，同时将南京库存的军用物资赶运来京；还派人到土木堡收集明军丢弃的盔甲兵器，以充实战备。经过这些措施实施，短时间内就组织起万兵强马壮的守卫大军，明军的守城实力迅速得到了加强。

十月，也先率瓦剌军分三路大举攻明。东路两万人马取古北口（今北京密云东北），作为牵制力量；中路五万人马，从宣府方向进攻居庸关；西路由也先自率十万主力，挟持明英宗，经大同进攻紫荆关（今河北易县紫荆岭），企图从东、北、西三个方向分进合击，一举夺占北京。也先由熟知紫荆关设防部署的被俘太监喜宁引导，率军偷越山岭，内外夹击，攻克了紫荆关。此后，又挥师南下，经易州（今河北易县）北上直逼北京。

于谦得到瓦剌入侵的战报后，立即奏请景帝朱祁钰，急调各地宗室的部队进京勤王，以配合北京守军夹击瓦剌军。接着于谦召集抗战指挥集团，商讨作战方略。

针对敌人的来势，兵马司提出，拆毁城门外民房，实行坚壁清野，以利于战守。都督王通发表意见说：发动军民在城外挖深壕，前筑工事据守。总兵石亨则主张军队全部撤入城内，尽闭九座城门，坚壁死守。众将领虽然意见不尽一致，但都认为瓦剌军来势凶猛，应先避敌锋芒，以守为主。于谦不同意这些意见，认为不应该消极防御，他向众将领陈述了自己的主张：“瓦剌现在气势嚣张，据守不战则表示我们害怕他们，这就会更加助长敌人的气焰。我们不能示弱，让他们轻视我们。我认为应该列阵于城外，用冲锋来迎战他们。”众人听后，也觉得拒敌于城外更为主动，都同意了于谦的主张。最后，于谦同众将领协商制定了依城为营、以战为守、分调援军、相互配合的作战部署。土木堡城门于谦随即将调集的二十二万军队依城列阵于九门之外，都督陶瑾、刘聚等将领分别统兵列阵于安定门、西直门等城门下，于谦则同石亨指挥诸军，并亲率副总兵范广、武兴列阵在德胜门外，挡住瓦剌军的来路。同时派都督王通、副都御史杨善率一部分兵力防守城内。

布置完毕，于谦下令闭门誓师，宣布任何人即使战败也不得退入城内。并规定，将领临阵不顾军队先退的，斩首；军士不听将领指挥先退的，后队斩前队。于谦躬擐甲胄，身先士卒，眼噙泪花，号召守城三军：“要用我们的头颅与热血，来雪皇帝被俘的奇耻大恨！”

十月十一日，瓦剌军主力逼近北京。也先命军队列阵于西直门，而把英宗放置在德胜门外，想要迫使明廷献城投降。于谦不为所动，决定先发制敌，打一打也先的气焰，于是命令都督高礼、毛福寿率军出击，在彰义门（今广安门西十余里）北，打败了瓦剌军先锋，斩杀数百人，夺回被俘者千余人。这天晚上，于谦又派薛斌率军潜入瓦剌军营，偷袭成功。瓦剌军受此两挫，士气大为折损。