由于于谦刚正不阿，得罪了王振，王振就指使同党诬告于谦。于谦被判处死刑，关在狱中三个月。河南、山西的官吏和百姓联名上书明英宗，请求释放于谦，周王、晋王等藩王也进言讲情。王振一伙见众怒难犯，又抓不到于谦什么把柄，只好把于谦放出来，降职为大理寺少卿，仍任河南、山西巡抚。于谦在巡抚任上前后共十九年，他父母去世时，皇帝让他回去办理丧事，不久便又起用原职。

明正统十四年（公元1449年）七月，北方瓦剌首领也先借口明廷侮辱贡使、削减马价、拒绝联姻，率四路大军南下，前锋直指大同，明英宗不顾于谦等大臣劝阻，听信宦官王振之言冒险亲征。行至大同，王振听说各路军接连失败，就急忙决定退兵，回师至土木堡（河北怀来境内），被也先追上，明军死伤过半，明英宗被俘，明朝陷入了国无君主的窘境。

当土木堡惨败的消息传到北京，举朝震动。百官张皇失措，有人甚至主张迁都南逃。此时，兵部侍郎于谦坚决反对南迁，并对皇太后晓以迁都的利害。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，即帝位为明景帝。于谦被任命为兵部尚书，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，负责保卫北京，并最终取得了胜利。

北京保卫战的胜利，首先是由于以于谦为首的一部分文武大臣坚决抗战，他们诛杀宦党，稳定局面，激发了广大军民抗击瓦剌军的勇气。同时，注意发现和使用人才。其次是以于谦为首的主战派，在情况万分危急时，能够抓住问题的关键，即时拥立新的皇帝，使也先以为手上奇货可居的政治王牌俘虏明英宗失去了其实际的意义，从而使抗敌军民能够放开手脚，一心保城杀敌。再加上于谦能够知己知彼，冷静地分析敌我双方的长处和短处。瓦剌军队擅长骑射和野外作战，但是存在着兵力有限，不善于攻坚，并且火器很少等弱点。而明军在于谦的带领下，士气高涨，以城池为依靠，以战代守，充分发挥自己火器多，装备精良的优势，在与敌对阵中，先以少数兵力引诱敌军，待敌迫近时，再突然以火铳、火炮火箭等进攻。等敌人阵势被火器打乱之时，用步兵、骑兵发起猛烈反击。这就较充分地发挥了己之所长，削弱了瓦剌军队的优势，从而使明军能够迅速地变被动为主动，仅在五天时间内便迅速地击败敌军，取得了北京保卫战的胜利。

北京保卫战的胜利，不仅加强了京师部队的战斗力，组成了一支战斗力较强的机动兵力，使瓦剌军不敢窥视京师，而且还促进了边防建设，收复了许多要塞和重镇，使明王朝的统治得到了进一步的加强。

然而北京保卫战也留下了后遗症。被瓦剌放回的明英宗在宦官和佞臣的拥戴下发动夺门之变，于景泰八年（公元1457年）正月重登帝位。而当年拥立明景帝并力主抗敌的于谦却在石亨、徐有贞等卑劣政客的诬蔑下被明英宗杀害。

于谦的被害令天下人扼腕叹息。大敌当前，于谦不计个人得失，一心保家卫国，成为北京保卫战的中流砥柱。他的节操和功绩彪炳千古。于谦遇害后，有个叫陈逵的官员收殓了他的遗骸。后来，于谦的女婿又把灵柩运回故乡杭州与南宋抗金名将岳飞的墓一样葬在西子湖畔。清代诗人袁枚用“赖有岳于双少保（二人均曾被加封为少保），人间始觉重西湖”的诗句来缅怀两位民族英雄的气节和千秋功绩。