一四四九年（正统十四年）八月土木堡之役，明朝将士伤亡数十万人，骡马损失二十多万头，军火的损失更难计算，根据明实录的零星记载：九月十二日，居庸关守将杨俊奏报：“最近几天内在土木堡一带拾得我军所遗军器，共计盔六千余顶、甲五千八百领、神枪一万一千余枝、神铳六百余个、火药十八桶。”明廷命杨俊派人运送到北京。九月十三日，宣府总兵官杨洪奏报：“在土木堡附近拾得我军所遗军器，共计盔三千八百余顶、甲一百二十领、圆牌二百九十余面、种铳二万二千余个、种箭四十四万枝、大炮八百个。”依此数字推想，明军的损失是何等惨重！同时，北方人民更是不断地被侵略者奴役、污辱、屠杀。例如九月初瓦剌军三万余人侵入辽东，攻破驿站、土堡、村庄八十处，掳去官员、军丁、男女一万三千二百八十余口，马六千余匹，牛羊二万余只，盔甲二千余万。又如义州街（今辽宁义县）军户张真妹张妙喜同母刘氏、兄张敬、张广胜等，在一四五〇年（景泰元年）八月间被瓦剌军抢去，西北行五六日，张敬等少壮男子都被杀死，刘氏被去在半路；妙喜等年青妇女又走半个月，到“老小营”，妙喜被分在加郎加家，配与加款为妻。到一四五二年（景寨三年）
春天，张妙喜才万分侥幸地从塞外逃回辽东故乡。一处如此，各处可知。在敌骑蹂躏下，人民所遭受的灾难是如何深重！
当瓦剌南侵时，明朝京畿以南地区也发生了骚动。那些在永乐以后陆续归附明朝的塞外部众，散住在霸州、河间以及山东东昌府一带，当时被称为“家达子”。他们趁京师被围、情势紧急的当口，纷纷穿起胡服，肆行杀掠，有的就参加到瓦剌的侵略军队里去，或与也先私通，隐藏在各地做间谍。另外有些明朝的逃散官军，他们伪装“达贼”，惊走百姓，乘机抢夺财物，这种情况在保定、顺德、广平一带最为严重。也先的入侵引起了北方社会巨大的波动。
一四四九年（正统十四年）多天，瓦剌侵略军暂时进去后，于谦在国防上的部署，首先是加强京师的防御力量，把辽东、宣府的部分军马调到京师，又把镇守宣府多年的名将杨洪、镇守居庸关有功的罗通调到京师，教他们负责训练京营军。京师稍见稳定，进一步加强护防。
十一月，明朝派遣佥都御史萧棨等镇守保定、河间、真定各府；又派遣刑部侍郎耿九畴“安抚南畿（今安徽、江苏两省）”，整顿大江南北各街所，招徕各处流民七万余户，在凤阳等地从事屯耕。于谦又奏派顾兴祖、刘安、刘聚等率兵修筑北边关隘，推荐左都督朱谦镇守宣府、佥都御史王竑镇守居庸关。十二月，于谦选派勇士二百余人潜往开平以南、宣府以北地带，各持短枪火器，乘夜袭击脱脱不花汗及阿剌知院军营，虚张疑兵，惊扰敌人。
一四五〇年（景泰元年）春夏雨季，瓦剌又连续地对明朝发动攻势。当时投敌太监喜宁给也先策划，谓可从宁夏进兵，夺取陕西苑马寺六监的马匹，直趋江南，安置明英宗于南京，使他舆明景帝对抗。还有原住河间的达军小田儿，跑到瓦剌军营向也先献策，教瓦剌军从紫荆关南下，直趋山东，夺取临清，截断明军的漕运。因而也先又野心勃勃，企图征服中国。
闰正月，瓦剌进攻宁夏，旋又进攻大同，大同总兵官郭登奋勇迎击，大败瓦剌军，追奔四十余里，更率骑兵八百破瓦剌援军数千骑于栲栳山（在大同西北），斩首三百余级，夺回被掠人口数百。此次胜利，是“土木之变”以后明朝在塞外的第一次胜利，扭转了边将不敢和敌军搏战的局面，边军士气因之更加振作起来。
也先一面用武力进攻明朝，一面通过外交方式，屡次要求明朝派大臣去迎还明英宗，并藉讲和的名义，派间隙探察明朝的动静。于谦密令缉捕瓦剌的间谍。明朝曾于一四四九年（
正
统十四年）十月擒斩瓦刺间谍跛儿干，十一月又擒斩间谍安孟哥等三人。一四五〇年（景泰元年）闰正月，小田儿又混在瓦剌使臣中，来到明朝侦察明军的实虚，于谦密令兵部侍郎王伟诱斩小田儿于阳和城外。二月间，也先又派喜宁随同使者那哈出来到野狐岭（在宣府西北），扬言奉太上皇（明英宗）命特来打话，宣府守将把喜宁擒获，解送京师。喜宁是也先的得力谋士、瓦剌侵略明朝的重要耳目，明廷对他处理的宽、严，也就表示明廷对瓦剌侵略者的态度是妥协屈服，还是继续抵抗。当时明景帝犹豫不决，于谦竭力主张将他“明正典刑”，明廷遂宣布喜宁的罪状，将他斩首。至此也先利用间谍的阴谋宣告破产了。
三月，瓦剌军分道进攻明朝边境。也先、赛刊王攻大同、阳和，大同王攻偏关，答儿不花王攻乱柴沟，铁哥不花王攻八里店，铁哥平章攻天城，脱脱不花汗攻野狐岭和万全卫。于谦调遣诸将，迎击敌军。当时朱谦、范广在宣府，杜忠在偏关，王翔在辽东，马昂在甘州，各获小胜。大同参将许贵提议多送金银给瓦剌，以缓和瓦剌的进攻，于谦说：“许贵懦怯，按法当斩。”明景帝遂下令严责许贵，从此边将都尽力作战，无人敢主张和议。五月，瓦剌军数万骑大举攻雁门关，被都指挥李端击退。瓦剌军又攻破河曲反义井堡（在今山西神池县西）。进围忻州、代州，长驱南下，直抵太原城北，大肆杀掠，被山西巡抚太监督率民壮击退。
瓦剌别部进犯宣府，又被朱谦、范广用火器击退。六月，瓦剌再犯宣府、大同，仍被击退。
明朝边军的战斗力逐渐加强，于谦等在国防上的布置更加周密，也先的诱降、要挟、反间等政治阴谋，和攻城、焚关等军事压力，都没有收到效果，相反地，在明朝将士英勇抗击之下，瓦剌军屡攻屡挫，死伤很多。也先拘留明英宗，起初野心很大，可是明朝抗战派提出“社稷为重，君为轻”的口号，并且另立皇帝，也先大失所望；以后他想诱使明朝以大量财货赎回“太上皇”，但是明朝坚决抗战，也先无隙可乘，处境非常狼狈。同时由于和明朝断绝邦交，瓦剌失掉通贡和互市的好处，瓦剌的内部脱脱不花汗和阿刺知院对也先长期拘留明英帝的措施遂表示异议。在这样的情势之下，也先不得不同意释放明英宗。七月，阿刺在也先授意下派使者到明朝议和，并宣称也先有送回明英宗的诚意。明景帝贪恋帝位，并不希望明英宗回来，经过于谦等劝说，才派李实等出使瓦剌。李实等启程后，脱脱不花汗和也先又派使者来明朝，催请议和，明景帝再派杨善等往见也先，但在给瓦剌的两封诏书上都没有写出迎接明英宗归国的辞句。杨善到了瓦剌，也先问起诏书上何以没有奉迎明英宗的话，杨善随机应对，说：“这是为了尊重太师（指也先），否则，就带有强迫的意味，不能显示太师的诚心。”也先顺水推舟，在一四五〇年（景泰元年）八月初二日派部下护送明英宗、杨善等从野狐岭入塞，随后也先又派使者来到明朝，要求恢复“通贡”和“互市”的关系。
明英宗在十五日回到北京，称“太上皇”，留居在皇城内南宫里。汉族王朝的君主被外族俘去，又无条件地被释放回来，这在中国历史上是前所未有的事，可以说是明朝外交史上的一大胜利。于谦在明英宗回京以后向朝庭提出警告说：“上皇虽还，国耻未雪。”他专力充实国防：一面加强其定、保定、涿州、易州以及永平、宣府、大同、辽东、山海关、居庸关各地的防务，增加各地守军人数，按时修筑城堡，增筑临清城新城，收复独石、马营等八城；一面严惩贪污、怠职的军官，改进马政、阵法、战车、军器、军功制度。更积极改革军制，创立团营之制。过去京营军分隶五军、神机、三千各营，平时各营各地教练，战时又经常相调拨，以致兵和将彼此不熟悉。于谦挑选三大营的精壮军士十五万人，分为十圑营，统一教练，各营的把总、领队和管队等主要军官都必须熟悉每个军士的姓名、年龄、相貌以及卫所番号，战时不再更换将领。这样不但京营军的战斗力提高了，而且国家也节省了一部分的军饷。此外，对各地卫所班军的操卫和番休制度，也有所改善，对民壮的招募和选拔办法，也多所改进。在景泰年间（一四五〇——一四五六年），明朝军队在兵部卫书于谦的积极整顿下，呈现出新的气象。由于新军的建立，一部分军队素质的改变以及军事的周密部署，明朝国防逐渐趋于巩固。
在抗战胜利、边防加强的基础上，明朝对瓦剌采取了通好政策。一四五〇年（景泰元年）两国恢复邦交以后，瓦剌派到北京的贡使每次都是二三千人，明朝好好地招待他们，并附给大批礼物。例如一四五三年（景泰四年），瓦剌贡使三千余人到北京，贡献良马、貂鼠皮，明廷盛宴招待，赠给“织金彩表丝二万六千四百三十二段、绢九万一百二十七匹、衣靴帽一万份”。瓦剌使臣曾贡献玉石九十九百斤，明廷辞退了这项礼品，让他们自己在北京出售。瓦剌贡使多骄横无礼，有的在北京市上抢夺财物，明廷派通事用好言劝阻。当时明朝对北方其他部族同样地采取友好的政策，他们都在一定程度上感到满意。
一四四九年（正统十四年）瓦剌大规模侵略明朝的战争，主要策动者是也先，他并且亲自率众围攻北京，结果大败退去，从此，在北方各部族中，也先的威望大为降低；但他在战争中夺获大批人畜财物，在“通贡”中又得到明朝的许多礼品，也先自己依然踌躇满志。另一方面，北方各部族连年在也先诱胁下侵扰明朝，遭到明朝坚强的抗击，人马死伤很多；而从明朝掳掠来的人畜财物，大部分被也先贪去，各部族自然怨恨也先。瓦剌统治集团内部，矛盾也很多。当时瓦剌内部，也先掌握大权，兵最多；脱脱不花虽名为可汗，兵较少；阿刺知院兵更少。三人外亲内疏，在联兵南侵时，利多归也先，害则均受，因而矛盾重重。脱脱不花汗妻是也先姊，也先愿立其姊子为太子，脱脱不花不从；也先怀疑脱脱不花暗中联络明朝，谋害自己。一四五一年（景泰二年），也先率部攻打脱脱不花汗，脱脱不花战败，逃往兀良哈部依靠沙不丹，沙不丹畏惧也先，杀死脱脱不花。也先尽掳脱脱不花妻子、部众、牲畜，将人畜分配给诸都酋长，乘胜威胁诸部，东及建州、兀良哈，西及赤斤蒙古、哈密卫诸。一四五四年（景泰五年），也先自立为可汗，遗使到明廷来聘问，也先在文书上称“大元田盛（天圣）大可汗”，明廷答书称也先为“瓦剌可汗”。也先愈益骄横，虐待赞部，兀良哈三部不堪压迫，相继叛归明朝。 一四五五年（景泰六年），也先出猎，阿刺知院部众突然袭击也先，也先仓皇率骑兵数十人遁走。既而也先疑心骑兵中有暗通阿刺的，在夜半单独和亲信人秘密东走，路上肚子饿了，向一个妇人要浆喝，喝毕继续赶路。一会儿妇人的丈夫回来，听说饮浆的是也先，随后追上，将也先刺死，由此可见，也先的不得人心。也先死后，鞑靼别部酋长孛来又攻杀阿刺，夺去也先的家属及其玉玺。此后，鞑靼、瓦剌各部族转入分裂割据状态，纷争不止，势力一天天地衰落下去了。
