正统十四年(1449年)七月，蒙古族瓦剌部首领也先率铁骑大举南下，年轻气盛的明英宗，在王振等人的唆使下贸然出征。八月十五日，明军被蒙古兵团团包围在土木堡(今河北怀来县沙城镇)，十几万明军被歼，就连英宗也做了俘虏。这场形如儿戏的御驾亲征和突如其来的变故，被后来的历史学家称为“土木之变”。
“土木之变”把明王朝推向生死存亡的边缘。也先大军挟新胜余威，欲乘胜追击，拿下北京城，再现昔日元帝国的辉煌。而明朝一方，英宗亲征时已将京畿大军悉数带出，导致京城防备空虚。此时人心大乱，许多富家大户收拾财物、携带家眷，纷纷南逃。
英宗被俘的消息传到皇宫，皇太后和皇后将宫内的金银珠宝搜罗一空，整整装了八辆马车，派人送到也先大营，希望能换回英宗;朝廷上，文武百官六神无主，束手无策。侍讲徐跳出来说，据他观察天象，只有放弃北京，迁都南京才能保全性命，一些官员也随声附和。临时听政的皇太后和英宗弟弟王听后都不知所措。这时，于谦厉声喝道：“主张南迁的，该杀!京师是天下根本，迁都只能使人心和士气涣散，国家也就彻底完了。大家难道忘记南宋的教训了吗?”于谦纵论当时形势，鼓励大家同仇敌忾，击退来犯之敌。于谦的建议得到皇太后和一批正义之士的支持，遂被任命为兵部尚书，组织北京保卫战。
国难当头，首要问题是安定人心。朝臣们平时受够了宦官的窝囊气，把土木堡惨败的原因归结到宦官王振身上，要求将王振诛灭九族。王振的党羽马顺当朝呵斥官员，激起百官强烈不满，他们一哄而上，将马顺活活打死。随后，百官又在宫内寻找王振的党徒，追打撕扯，一片混乱。监国王生性软弱，见此阵势，惊惶失措。于谦一面阻止官员群殴，一面拦住王，让他宣布马顺等人死罪，赦免参与殴斗的官员，惩治祸国殃民的宦官。王一一答应，混乱才得以平息。于谦这时发现，自己的官袍在混战中已被扯破了。
也先企图以英宗为筹码要挟明廷。另立新君成了明朝的当务之急。但当时的太子年仅三岁，不能挑起救亡重担。众臣商议，让监国王继任皇帝。然而，王却死活不愿出面。他认为，皇兄英宗在世，又立有太子，自己名不正言不顺，也不愿意收拾这么个烂摊子。于谦找到王，严肃而诚恳地说：“众大臣推举您做皇帝，都是为国家社稷着想，你也应当以国家安危为重!”在于谦的劝说下，王最终同意登基称帝，年号景泰，史称代宗。明王朝新的政治核心重新建立起来。
在新皇帝的全力支持下，北京保卫战紧锣密鼓地进行。在短短一个月里，于谦集结了20余万大军。他将大军兵分九路，阵列于九大城门之外，主动迎接也先挑战。也先原以为明军不堪一击，只能作困兽斗，北京城唾手可得，但眼见明军旌旗猎猎，严阵以待，便已经心虚。双方激战五天，也先没有讨到任何好处，当得知勤王兵马正陆续赶往北京时，他担心腹背受敌，回去的老路被切断，就决定连夜撤退。于谦领导的北京保卫战取得胜利。
北京保卫战成就了于谦一世英名。国难当头，他力排众议，挺身而出;为保京师，他披挂上阵，率军抗敌。没有于谦，大明的历史有可能突然转向;没有于谦，明朝两百余年的国祚延续也无从谈起。于谦也因此成为中国历史上最著名的民族英雄之一。