正统六年，于谦上疏说：“现在河南、山西各自储存了数百万谷物。请于每年三月，令各府州县上报缺粮的贫困户，把谷物分发给他们。先给菽秫，再给黍麦，再次给稻。等秋收后还给官府，而年老有病和贫穷无力的，则免予偿还。州县吏员任满应该提升时，储存预备粮达不到指标的，不准离任。并命令监察官员经常稽查视察。”下诏令照此执行。河南靠近黄河的地方，常因水涨冲缺堤岸。于谦令加厚防护堤，计里数设置亭，亭有亭长，负责督促修缮堤岸。又下令种树、打井，于是榆树夹道，路上没有干渴的行人。大同单独远在边塞之外，巡按山西的人难于前往，奏请另设御史管理。把镇守将领私自开垦的田全部收为官屯，用以资助边防经费。他的威望恩德遍布于各地，在太行山的盗贼都逃跑或隐藏起来。在职九年，升任左侍郎，领二品官的棒禄。当初，杨士奇、杨荣、杨溥主持朝政，都很重视于谦。于谦所奏请的事，早上上奏章，晚上便得到批准，都是“三杨”主办的。但于谦每次进说商议国事时，都是空着口袋进去，那些有权势的人不能不感到失望。到了这时，“三杨”已经去世，太监王振掌权，正好有个姓名和于谦相似的御史，曾经顶撞过王振。于谦入朝，推荐参政王来、孙原贞代替自己。通政使李锡逢迎王振的指使，弹劾于谦因为长期未得晋升而不满，擅自推举人代替自己。把他投到司法部门判处死刑，关在狱中三个月。后来王振知道搞错了，把他放出来，降职为大理寺少卿。山西、河南的官吏和百姓俯伏在宫门前上书，请求于谦留任的人数以千计，周王、晋王等藩王也这样上言，于是再命于谦为巡抚。当时的山东、陕西流民到河南求食的，有二十余万人，于谦请求发放河南、怀庆两府积储的粟米救济。又奏请令布政使年富安抚召集这些人，给他们田、牛和种子，由里老监督管理。前后在任共十九年，他父母去世时，都让他回去办理丧事，不久便起用原职。
正统十三年，于谦被召回京，任兵部左侍郎。第二年秋天，也先大举进犯，王振挟持皇帝亲征。于谦和兵部尚书邝埜极力劝谏，不听。邝埜跟随皇帝管理军队，留于谦主持兵部的工作。待到明英宗在土木堡被俘，京师大为震惊，大家都不知道该怎么办。郕王监国，命令群臣讨论作战和防守的方略。侍讲徐（王呈）说星象有变化，应当迁都南京。于谦厉声说：“主张南迁的，该杀。京师是天下的根本，一摇动则国家大计完了，难道没有看见宋朝南渡的情况吗！”郕王肯定了他的说法，防守的决策就这样定下来了。当时京师最有战斗力的部队、精锐的骑兵都已在土木堡失陷，剩下疲惫的士卒不到十万，人心震惊惶恐，朝廷上下都没有坚定的信心。于谦请郕王调南北两京、河南的备操军，山东和南京沿海的备倭军，江北和北京所属各府的运粮军，马上开赴京师，依然策划部署，人心稍为安定。于谦立即被升为兵部尚书。郕王暂代皇帝出朝，廷臣们请求将王振灭门九族。而王振的党羽叫马顺的，便出来斥责言官。于是给事中王囗在明廷上打马顺，大家都跟着他。朝上秩序大乱，卫卒声势汹汹。郕王害怕得要起来走开，于谦推开众人走上前去扶住郕王不要起来，而且告诉郕王宣谕说：“马顺等有罪该死，不予追究。”大家才安定下来。于谦的袍袖因此全部撕裂。退出左腋门，吏部尚书王直握着于谦的手叹道：“国家正在倚赖你呢，今天虽然一百个工直又有什么作用！”当时，上下的人都依赖重视于谦，于谦亦毅然把国家的安危视为自己的责任。
请命出兵
当初，大臣担忧国家没有君主，太子年幼，敌寇将至，请皇太后立郕王为皇帝。郕王一再害怕地推辞。于谦大声说：“我们完全是为国家考虑，不是为个人打算。”郕王于是受命。九月，郕王即帝位为景帝，于谦进去回答问话，情绪激昂地哭着说：“敌寇得意，留住了皇上。必然轻视中国，长驱南下。请命令各边境的守臣竭力防守遏制。京营士兵的器械快要用完了，需要马上分道招募民兵，令工部制造器械盔甲。派遣都督孙镗、卫颖、张辄、张仪、雷通分兵据守九门重要的地方，军队驻扎在外城的外面。都御史杨善。给事中王囗亦参与这些事，迁徙外城附近的居民进入城内。储存在通州的粮食，令官军自己去支领，用装足的米作为代价，不把粮食留给敌人。文臣像轩倪这样的人，应该用为巡抚。武臣像石亨、杨洪、柳博这样的，应该用为将帅。至于军队里面的事情，我自己承担，没有成效就判我的罪。”对他的意见，皇帝全都认真地接纳了。
十月，敕令于谦提督各营军马。而也先挟持着上皇（英宗）攻破紫荆关直入，进窥京师。石亨建议收兵固守使敌兵劳累衰竭。于谦不同意，说：“为什么向他示弱，使敌人更加轻视我。”马上分别调遣诸将带领二十二万兵士，在九门外摆开阵势：都督陶瑾在安定门，广宁伯刘安东直门，武进伯朱瑛朝阳门，都督刘聚西直门，镇远侯顾兴祖阜成门，都指挥李端正阳门，都督刘得新崇文门，都指挥汤芦宣城门，而于谦自己和石亨率领副总兵范广、武兴在德胜门外列阵，抵挡也先。把兵部的事交给了侍郎吴宁，把各城门全部关闭，自己亲自督战。下令：临阵将领不顾部队先行退却的，斩将领。军士不顾将领先退却的，后队斩前队。于是将士知道必定要死战，都听命令。副总兵高礼、毛福寿在彰义门北面抵挡敌人，俘虏了一个头目。皇帝高兴，令于谦选精兵聚集在教场，以便调动；再命太监兴安、李永昌同于谦一起管理军务。当时，也先部队深入，以为早晚就可以攻下京城，及至见到明朝官军严阵以待，有些丧气。叛变了的宦官喜宁教唆也先邀明朝大臣迎接上皇，索取黄金和丝织品以万万计；又邀于谦及王直、胡氵荧等出城谈判。皇帝不准许。也先更加沮丧。庚申，也先部队窥伺德胜门。于谦令石亨在空屋里设下埋伏，派几个骑兵引诱敌人。敌人用一万骑兵逼近，副总兵范广发射火药武器，伏兵一齐起来迎击。也先的弟弟孛罗，平彰卯那孩被炮打死，也先部队转移到西直门，都督孙镗抵御他，石亨亦分了部分兵力来到，敌寇撤退。副总兵武兴在彰义门攻打敌军，和都督王敬一起挫败了也先的前锋。敌军正要退却，而几百个骑着马的宦官想争功，冲马争着向前。阵脚乱了，武兴被乱发的箭射死。寇兵赶到土城，居民爬以屋顶，呼喊着用砖石投掷敌人，喧声震天。王囗和福寿的援兵赶到，敌军于是撤退。相持了五天，也先的邀请没人理他，作战又失利，知道不可能达到目的，又听说各地勤工的部队马上要开到，恐怕截断了他的归路，于是拥着上皇由良乡向西去。于谦调各将领追击，到居庸关才回来。评功，加于谦少保、总督军务。于谦说：“四郊多保垒，是卿大夫的耻辱，怎么敢求取赏赐功劳呢！”坚决推辞，皇帝不准。于是增兵守真定、保定、涿州、易州等府州，请求用大臣镇守山西，防止敌寇南侵。
景泰元年三月，总兵朱谦奏称敌兵三万围攻万全，敕令范广担任总兵官抵御他：不久，敌寇退，于谦请求即驻兵居庸关，敌寇来则出关剿杀，敌寇退则回京师驻守。大同参将许贵奏北面有三个人到镇上，想朝廷派使者讲和。于谦说：“以前派指挥季锋、岳谦前往讲和，而也先跟着入寇。接着派通政王复、少卿赵荣，见不到上皇就回来了。显然，不能依靠和谈。况者我和他的仇不共戴天，从道理上来说也绝不可以讲和。万一和了他要满足无穷无尽的要求，答应则给我们造成很大的困难，不答应又会发生变乱，这形势也不能讲和。许贵是武臣，而这样恐惧畏缩，怎能敌汽同仇，按法律该处死。”发出文书严厉谴责他。从此边境的将领人人都主张坚守作战，没有敢说讲和的。
当初，也先诸多要挟，都是由喜宁策划的。于谦秘密下令镇守大同的将领抓了喜宁，把他杀了。又给王伟想办法，让他引诱杀了间谍田小儿。而且利用间谍实行离间，请求特别释放了忠勇伯把台家，答应封给爵位，让他从中想办法。也先开始有放回上皇的意思，派使者来联系，京师的戒备才稍稍放松了一点。于谦上言：“南京重地，需要有人加以安抚稳定。中原有很多流民，假如遇上荒年，互相呼应聚集成群，这是很值得担心的。请敕令内外守备和各处巡抚用心整顿，防患于未然，召回派往内地召募发兵的文武官员和镇守中宫。”
到了八月，上皇被留在北方已经一年。也先见中国没有什么事端，更想讲和，使者接连前来，提出把上皇送回。大臣王直等商议派使者前往迎接，皇帝不高兴地说：“朕本来不想登大位，当时是被推上来的。”于谦从容地说：“帝位已经定了，不会再有更改，只是从情理上应该赶快把他接回来罢了。万一他真有什么阴谋，我就有话说了。”皇帝看看他便改变了面色说：“听你的、听你的。”先后派遣了李实、杨善前往。终于把上皇接了回来，这是于谦的功劳。上皇已经回来，瓦刺请求朝贡。先前贡使不过百人，正统十三年增加到三千余人，对给予的赏赐总不满足，便入侵。“现在又派三千人来朝，于谦请求列兵居庸关以备不测，在京师隆重陈兵，设宴招待。因此说到和议很难依靠，逐条进上安定边境的三个策略。请求敕令大同、宣府、永平、山海、辽东各路总兵官增修墙准备防御。京兵分别隶属于五军营、神机营、三千营，虽然各设有总兵。但不相统一，请求选择精锐十五万人，分为十营团操，从此开始了团营的制度。这事记载在《明史·兵志》中。瓦刺入贡，常常携带以前掳去的人口来。于谦一定奏请酬劳使者，前后赎回了几百人。
正统十四年（1449年）七月，蒙古瓦剌部首领也先率领铁骑分四路大举南犯。年轻气盛的英宗朱祁镇在宦官王振的蛊惑下，幻想着像其曾祖父成祖朱棣那样数入漠北建立赫赫军功，所以不顾群臣劝阻，贸然亲征。八月十五日，在土木堡，明朝数十万大军被蒙古军队一举击溃，英宗也成了也先的阶下囚，史称”土木之变“。土木之变，影响深远。它标志着明朝失去了对蒙古军事力量的优势，也是明朝由盛转衰的分水岭。
保卫北京
土木之变，使得明朝面临的局势极其危险。英宗为也先俘获，明朝陷入了国无君主的窘境。同时，英宗成为也先手中的一个筹码，随时随地可以向明廷要挟索价。也先挟持英宗，乘土木新胜之余威，率众直趋北京，欲一鼓作气攻取明朝的京城。而数十万明军在土木堡一役土崩瓦解，北京守备空虚，形势岌岌可危。
当时北京城内人心惶惶，许多大户人家纷纷南逃。朝廷上下，群臣惊愕，束手无措。皇太后孙氏和英宗的皇后钱氏将宫中的财宝搜刮一番，用八匹健马驮赴也先大营，幻想能够以此换取英宗的自由之身。当然，这种妇人之见是不会产生任何实际效果的。
正是在这种关乎国家存亡、民族安危的紧要关头，以于谦为代表的一批忠义大臣处变不惊，迅速而果断地采取了一系列措施，彻底粉碎了也先的阴谋，稳定了大局。于谦此刻挺身而出，成为抵抗派的领军人物。他果断采取了以下几个措施，挽救国家于危难之中。
第一，禁南迁之议。面对也先军队直扑北京的严峻形势，是战是守，大臣们的意见存在很大的分歧。侍讲徐珵善于星象之数，托言星象有变，朝廷应当南迁。对此，于谦有着比较清醒的认识，坚决反对南迁。他厉声说：“言南迁者，可斩也。京师天下根本，一动则大事去矣；独不见宋南渡事乎！”监国郕王朱祁钰支持于谦的看法。由此，南迁之议才被废弃，守卫北京之策乃定。
于谦言南迁者可斩也，绝非耸人听闻，而是经过深思熟虑的正确建议。试想，明朝虽实行南北两京之制，南京为陪都，但是一旦南迁，则北京势必不保，长江以北将不为明廷所有。有史为鉴，当年宋朝徽、钦二帝被俘，宋高宗赵构逃至江南而失国土大半，只能偏安一隅。如果真的接受了徐珵的主张，恐怕中国历史就要重演南宋偏安的一幕。
第二，除王振余党。宦官王振可以说是导致土木之变的直接责任人。正是他不顾众议，策动英宗亲征。在行军过程中，他又想邀帝幸其家乡，后又考虑到大军会践踏家乡的庄稼，就改道宣府，由此延误了时机，明军被围于土木堡。土木堡乏水，不能久据。被围数日后，王振传令移营，而瓦剌军队四面围攻，明军大乱，伤亡惨重，王振本人也死于乱军之中。王振虽死，但是朝中同党犹在。宦官专权始于王振。明初朱元璋曾于宫内立铁券，禁宦官干政。建文帝控制宦官也很严。正因为如此，在靖难之役中多有内宦逃至朱棣军中，密告朝中虚实。朱棣登基后，宦官的地位得到了提升，不再只任内廷打扫事务。王振本来是个读书人，于永乐朝入宫。因为他具有一定的文化功底，很快就崭露头角，后来掌司礼监，成为“内相”。英宗对他很是尊重，不呼其名而称之为“先生”，对他言听计从。因此，朝中许多人都投靠到他的门下。