中軍民同仇敵愾，保衛家園，強調京城的安危與每個人息息相關。
另外，對於在戰爭期間造謠生事、擾亂軍心的人，如一些散播投降言論、製造恐慌的人，于謙果斷下令嚴懲，穩定了城內秩序，使軍民能夠一心抗敵。
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也先集中兵力攻打德勝門，于謙設下埋伏，派石亨等將領率軍在城外迎戰。
明軍神機營火器齊發，重創瓦剌騎兵，也先的弟弟孛羅等中炮身亡，瓦剌軍大敗。
西直門，都督孫鏜率軍力戰，與瓦剌軍展開激烈爭奪，戰鬥從早到晚持續進行。
孫鏜一度因兵力不支退至城下，後在援兵的幫助下穩住陣腳，擊退了瓦剌軍。
也先又轉攻彰義門，明軍在城外列陣抵抗，副總兵武興率軍與瓦剌軍激戰，明軍一度佔據上風。
但此時有宦官率數百騎兵衝擊明軍陣後，導致明軍陣腳大亂，武興中箭犧牲。
不過，瓦剌軍也因明軍的頑強抵抗而難以深入，戰鬥陷入僵持。
最終，也先收到勤王大軍即將抵達的訊息後，擔心後路被截斷，困死在大明，只好帶著朱祁鎮於十月十五日開始北遁。
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這一戰，于謙在北京保衛戰中採取了積極防禦的戰略，既堅守城池，又主動出擊，打擊敵軍，改變了土木堡之變前明朝軍隊被動防禦的局面，顯示出他對戰略戰術的深刻認識，即要根據實際情況靈活運用戰略，不一味被動挨打。
這一戰于謙堪稱卓越。
而在此之前，于謙于謙力排眾議，堅決反對南遷，提出“京師天下根本，一動則大事去矣”，穩定了朝廷的主心骨，堅定了朝堂上下守衛北京的決心。
于謙還積極推動郕王朱祁鈺即位，使也先挾持英宗要挾明朝的圖謀落空，為明朝在政治上樹立了新的核心，避免了群龍無首的混亂局面。
同時還藉此機會將朝中以王振為首的宦官勢力進行了一波大放血，徹底穩固了朝堂。