此时明军在阳和口之战中兵败、宋瑛等战死的消息传来，形势对明朝更加不利。
七月十九日，朱祁镇过居庸关，随征群臣请求停止前进，朱祁镇仍不听。
七月二十三日，朱祁镇抵达宣府。
这天，“风雨突至，边报益急”，群臣再次请求停止前进，王振发怒，要求他们巡视阵地。
八月初一日，朱祁镇抵达大同。
翌日，大同镇守太监郭敬劝王振说：“若行，正中虏计。”
王振开始有所畏惧，再加上自出居庸关后一路上非风即雨。
到了大同，骤雨忽至，人皆惊惧，王振才决定翌日班师。
大同参将郭登通过学士曹鼐等建议绕道南面的紫荆关入京，以确保朱祁镇的安全，王振不听。
他本来要带着朱祁镇去自己家乡蔚州的故居，以光耀门楣，中途又后悔此行会践踏家乡庄稼，改道宣府。
八月初七日，朱祁镇抵达宣府，听说也先已派兵追来，邝埜两次上书，“请疾驱入关，严兵为殿”，朱祁镇不报。
邝埜亲赴行殿恳求，王振怒斥：“汝腐儒安知兵事？再言必死！”
八月十三日，朱祁镇正要离开宣府时，夜不收飞报瓦剌骑兵紧追其后，朱祁镇下令原地扎营，派恭顺侯吴克忠断后拒敌，但被瓦剌人击毙。
傍晚，听到败报的朱祁镇又派成国公朱勇、永顺伯薛绶带领官军四万迎战，在鹞儿岭全军覆没。
八月十四日，朱祁镇抵达土木堡，其时尚未黄昏，随征众臣建议到南面二十里的怀来城中坚守，王振却以千余车辎重在后为由决定驻师以待。
驻营地高而无水泉，掘井二丈仍不见水，将士在饥渴状态下战斗力丧失殆尽。
当天，瓦剌骑兵自土木堡旁麻峪口攻入，虽有守将郭懋抵抗一晚上，但无济于事。
八月十五日，朱祁镇准备启程，发现自己已陷入两万瓦剌骑兵的重重包围之中，明军无力突围，只好坐待援军。
期间，瓦剌使臣来营议和，朱祁镇急召学士曹鼐起草敕书，并遣通事二人与瓦剌使臣一起去见也先。
王振以为瓦剌退兵，便移营接近水源，回旋之间，行列已乱，明军争先奔进，瓦剌骑兵趁机攻击明军，明军大败，损失大半，朱祁镇与与亲兵乘马突围，反被瓦剌军俘虏。
张辅以下五十多名勋贵大臣死于乱军之中，而王振亦死于乱中（据传为朱祁镇的护卫将军樊忠所杀），是为土木之变。
朱祁镇被俘后，被带去雷家站见也先之弟赛罕王。
朱祁镇问他是也先还是他的弟弟伯颜帖木儿、赛罕王或大同王。
赛罕王由此判断他可能是明朝皇帝，派人汇报也先，也先派两名曾出使过明朝的使哈巴国师和哈者哈里平章去辨认，二人回报确系明帝。
也先闻讯大喜，认为“大元皇帝一统天下”的夙愿即将达成，询问群臣如何处置朱祁镇，乃公认为明朝皇帝是“大元”的仇人，要求杀死，伯颜帖木儿则认为朱祁镇能在乱军中毫发无伤是得天佑，不可杀死，并力主送回。
也先只同意不杀朱祁镇，但决定挟为奇货，以便攻取北京，便将朱祁镇送到伯颜帖木儿军营看管，由三名在瓦剌的明朝武官袁彬、哈铭（杨铭）、李成（沙狐狸）伺候。
八月十七日，也先就挟持他来到宣府城南，要求守将杨洪等迎驾，被守军拒绝。
八月二十一日，也先挟持朱祁镇叫开大同城门，又被郭登拒绝，朱祁镇只好索取朱冕、宋瑛及宦官郭敬的家产分送也先及其弟伯颜帖木儿，到二十三日才离去。
郭登还遣人密告袁彬，欲派夜不收五人化装入敌营，奉朱祁镇到石佛寺礼佛，乘机救朱祁镇入城。
朱祁镇认为成功可能性低，便没有同意。
随后被也先带到塞外，返回其大本营。
朱祁镇被俘的消息后，北京城中人心惶惶。
孙太后命朱祁钰监国，并企图用财宝赎回朱祁镇，但也先接过财宝后并不放人。
翰林侍讲徐珵（徐有贞）提议南迁，遭到兵部侍郎于谦的坚决反对。
于是孙太后和朱祁钰擢升于谦为兵部尚书，将北京防务委任给他，于谦捕杀王振的亲属和党羽，并在正统十四年（1449年）九月初六日拥戴朱祁钰为帝，改元景泰，遥尊朱祁镇为太上皇帝，人心由此稍安。
也先在与鞑靼、瓦剌其他头目商议后，决定挟持朱祁镇进攻北京。
十月初七日，也先率军至大同东门，宣称要护送朱祁镇回北京重登皇位。
朱祁镇的秘密对前来拜见他的大同知府霍瑄嘱咐要求郭登“固守城池，不可开城门”，郭登亦再次拒绝开门。
随后，瓦剌大军挟朱祁镇从紫荆关过易州、良乡，于十月十一日兵至北京城下，列阵西直门外。
朱祁镇于在京郊卢沟桥命袁彬作书三封，分别致孙太后、朱祁钰及文武群臣，通报敌情，要求朱祁钰君臣固守社稷，又派降将岳谦同也先使臣纳哈出至彰义门外喊话，岳谦被明军所杀，纳哈出奔回。
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