七月十九日，明英宗的车驾进抵居庸关。此时，也先的大部队已经在北线与明军的遭遇战中占得先机。明军长途而至，一路上看到的不是伏尸遍野，就是血流成河，所以军心逐渐不稳。可明英宗对此视而不见，为了尽快完成对北线明军的救援任务，他督令全军加紧行军。一些随驾大臣向明英宗提出，希望大军停止冒进，稍稍后撤以观战场形势。正在兴头上的明英宗此时热血沸腾，根本不听。过了居庸关，他又挥师宣府，进抵鸡鸣山（张家口）。到了鸡鸣山，明英宗一高兴，干脆将前线军务处决权交托亲信太监王振处理。成国公朱勇向明英宗递交紧急军情，王振要朱勇“膝行听命”。朱勇属于军中二号人物，威望仅次于英国公张辅。此前也先围攻大同时，除了石亨侥幸逃脱外，大同监军太监郭敬捡回一条性命。在群臣与王振意见相左之际，八月一日，明英宗的车驾抵达大同，太监郭敬现身，向他的好友兼上司王振力陈前行的巨大风险，王振这才答应了回銮之事。等到明英宗走到雷家站（怀来新保安镇）时，也先已经追到亲征大军后翼，伺机发起突袭。

土木堡是京北三大堡之一，居庸关距土木堡不过百里，二十里外的怀来卫。

正统十四年八月十五日，趁着明军出发寻找水源，也先突然发动进攻。明军全线崩溃。英国公张辅、兵部尚书邝埜、吏部尚书王佐等50余名随征官员尽数死于乱军之中。最后时刻，王振和明英宗身边只剩下少量的锦衣卫。尽管他们多次拼死突围，面对瓦剌大军，无异于徒劳。

一直护卫在明英宗身边的老将樊忠，不顾明英宗的反对，抡起一把大铁锤，当场把王振砸死。樊忠也在护卫明英宗出逃时殉国。

围攻北京城月余无果后，也先不敢如从前那般嚣张，急令部队撤出战场。在于谦指挥下，明军倾巢而出，尾随追杀瓦剌军，毙敌近万。也先率部土遁漠北，并着手策划送还明英宗事宜。景泰元年（1450）八月十五日，在瓦剌当了一年俘虏的明英宗朱祁镇终于返回北京城。土木堡惨败，成为整个帝国强弱盛衰的分水岭。

追随明英宗出征的一批武臣勋贵通通战殁在土木堡，打破朱元璋、朱棣等创造的文武制衡格局。此后，明朝逐渐陷入了文官把持朝政的局面。为了压制文官集团的发展，只能自东厂的基础上再设西厂、内行厂，从文官手中攫取更多的权力，以维持朝堂的平衡与稳定。宦官掌权明朝再行恢复，饮鸩止渴。明英宗被俘致使土木堡之变后，除了“异类”明武宗，明朝再无帝王亲自率兵出征或到民间体察民情。