因为明英宗朱祁镇人在瓦剌军中，不得不有所顾忌。但突然之间传来了一个好消息，说是瓦剌军受挫后，也先已派弟弟伯颜帖木儿护送朱祁镇往西去了。于谦派人侦察核实后，立即下令开炮。
十月十五日这一晚，炮声震天。驻扎在城外的明军都点起火炬，以免被城中炮火误伤。明军大炮轰了一夜，声势惊人，瓦剌军死伤上万，其余人分西、北两路逃走，北路出居庸关，西路出紫荆关。
北路出居庸关的瓦剌军大都顺利逃脱，而西路的瓦剌军就没有那么顺利了。也先自良乡西退后，沿途大掠，还在昌平焚毁了明朝皇陵寝殿。明军右都督孙镗大军正分布在往紫荆关的方向，大破也先瓦剌败军于涿州。刚好明军宣化守将杨洪奉诏率军两万入卫京师，在半路遇到被孙镗打败的瓦剌军。又一场大战，瓦剌军溃败。杨洪一直追击到霸州。瓦剌军能够生出紫荆关的，不过几千人而已。
到十一月初八，瓦剌军全部退到塞外，京师解除了戒严。于谦有《出塞》一诗，记录了京师保卫战的胜利：健儿马上吹胡笳，旌旗五色如云霞。
紫髯将军挂金印，意气平吞瓦剌家。
瓦剌穷胡真犬豕，敢向边疆挠赤子。
狼贪鼠窃去复来，不解偷生求速死。
将军出塞整戎行，十万戈矛映雪霜。
左将才看收部落，前军又报缚戎王。
羽书捷奏上神州，喜动天颜宠数优。
不愿千金万户侯，凯歌但愿早回头。
但又有《入塞》云：
将军归来气如虎，十万貔貅争鼓舞。
凯歌驰入玉门关，邑屋
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