于謙外出巡按江西，昭雪了被冤枉的幾百個囚犯。他上疏奏報陜西各處官校騷擾百姓，詔令派御史逮捕他們。皇帝知道于謙可以承擔重任，當時剛要增設各部右侍郎為直接派駐省的巡撫，于是親手寫了于謙的名字交給吏部，越級提升為兵部右侍郎，巡撫河南、山西。于謙到任后，輕裝騎馬走遍了所管轄的地區，訪問父老，考察當時各項應該興辦或者革新的事，并立即上疏提出。一年上疏幾次，稍有水旱災害，馬上上報。
正統年間，宦官王振專權，作威作福，肆無忌憚地招權納賄。百官大臣爭相獻金求媚。每逢朝會期間，進見王振者，必須獻納白銀百兩；若能獻白銀千兩，始得款待酒食，醉飽而歸。而于謙每次進京奏事，從不帶任何禮品。有人勸他說："您不肯送金銀財寶，難道不能帶點土產去？"于謙瀟灑一笑，甩了甩他的兩只袖子，說：“只有清風。”還特意寫詩《入京》以明志：手帕蘑菇與線香，本資民用反為殃。清風兩袖朝天去，免得閭閻話短長！“兩袖清風”的成語就是這樣來的。閭閻就是里巷的意思，此句的意思是免得被人說長道短。此詩寫成后遠近傳誦，為一時佳話。于謙如此不阿，自然引起了宦官王振的極度不滿。
正統六年，于謙上書說：“現在河南、山西各自儲存了數百萬谷物。請于每年三月，令各府州縣上報缺糧的貧困戶，把谷物分發給他們。先給菽秫，再給黍麥，再次給稻。等秋收后還給官府，而年老有病和貧窮無力的，則免予償還。州縣吏員任滿應該提升時，儲存預備糧達不到指標的，不準離任。并命令監察官員經常稽查視察。”下詔令照此執行。河南靠近黃河的地方，常因水漲沖缺堤岸。于謙令加厚防護堤，計里數設置亭，亭有亭長，負責督促修繕堤岸。又下令種樹、打井，于是榆樹夾道，路上沒有干渴的行人。大同單獨遠在邊塞之外，巡按山西的人難于前往，奏請另設御史管理。把鎮守將領私自開墾的田全部收為官屯，用以資助邊防經費。他的威望恩德遍布于各地，在太行山的盜賊都逃跑或隱藏起來。在職九年，升任左侍郎，領二品官的俸祿。
當初，楊士奇、楊榮、楊溥主持朝政，都很重視于謙。于謙所奏請的事，早上上奏章，晚上便得到批準，都是“三楊”主辦的。但于謙每次進說商議國事時，都是空著口袋進去，那些有權勢的人不能不感到失望。到了這時，“三楊”已經去世，太監王振掌權，正好有個姓名和于謙相似的御史，曾經頂撞過王振。于謙入朝，推薦參政王來、孫原貞代替自己。通政使李錫逢迎王振的指使，彈劾于謙因為長期未得晉升而不滿，擅自推舉人代替自己。把他投到司法部門判處死刑，關在獄中三個月。后來王振知道搞錯了，把他放出來，降職為大理寺少卿。山西、河南的官吏和百姓俯伏在宮門前上書，請求于謙留任的人數以千計，周王、晉王等藩王也這樣上言，于是再命于謙為巡撫。當時的山東、陜西流民到河南求食的，有二十余萬人，于謙請求發放河南、懷慶兩府積儲的粟米救濟。又奏請令布政使年富安撫召集這些人，給他們田、牛和種子，由里老監督管理。前后在任共十九年，他父母去世時，都讓他回去辦理喪事，不久便起用原職。
正統十三年，于謙被召回京，任兵部左侍郎。第二年秋天，也先大舉進犯，王振挾持皇帝親征。于謙和兵部尚書鄺埜極力勸諫，不聽。鄺埜跟隨皇帝管理軍隊，留于謙主持兵部的工作。待到明英宗在土木堡被俘，京師大為震驚，大家都不知道該怎么辦。郕王監國，命令群臣討論作戰和防守的方略。侍講徐珵說星象有變化，應當遷都南京。于謙厲聲說：“主張南遷的，該殺。京師是天下的根本，一搖動則國家大計完了，難道沒有看見宋朝南渡的情況嗎！”郕王肯定了他的說法，防守的決策就這樣定下來了。當時京師最有戰斗力的部隊、精銳的騎兵都已在土木堡失陷，剩下疲憊的士卒不到十萬，人心震驚惶恐，朝廷上下都沒有堅定的信心。于謙請郕王調南北兩京、河南的備操軍，山東和南京沿海的備倭軍，江北和北京所屬各府的運糧軍，馬上開赴京師，依然策劃部署，人心稍為安定。于謙立即被升為兵部尚書。
郕王暫代皇帝出朝，廷臣們請求將王振滅門九族。而王振的黨羽叫馬順的，便出來斥責言官。于是給事中王竑在明廷忍不住上前打馬順，大家都跟著他。還把別的王振同黨拉到那里打死。朝上秩序大亂，衛卒聲勢洶洶。郕王害怕得要起來逃跑，為防止錦衣衛報復，于謙推開眾人走上前去扶住郕王不要起來，而且告訴郕王宣諭說：“馬順等有罪該死，不予（百官）追究。”大家才安定下來。于謙的袍袖因此全部撕裂。退出左腋門，吏部尚書王直握著于謙的手嘆道：“國家正在倚賴你呢，今天雖然一百個王直又有什么作用！”當時，上下的人都依賴重視于謙，于謙亦毅然把國家的安危視為自己的責任。 當初，大臣擔憂國家沒有君主，太子年幼，敵寇將至，請皇太后立郕王為皇帝。郕王一再害怕地推辭。于謙大聲說：“我們完全是為國家考慮，不是為個人打算。”郕王于是受命。九月，郕王即帝位為景帝，于謙進去回答問話，情緒激昂地哭著說：“敵寇得意，留住了皇上。必然輕視中國，長驅南下。請命令各邊境的守臣竭力防守遏制。京營士兵的器械快要用完了，需要馬上分道招募民兵，令工部制造器械盔甲。派遣都督孫鏜、衛穎、張輒、張儀、雷通分兵據守九門重要的地方，軍隊駐扎在外城的外面。都御史楊善。給事中王竑亦參與這些事，遷徙外城附近的居民進入城內。儲存在通州的糧食，令官軍自己去支領，用裝足的米作為代價，不把糧食留給敵人。文臣像軒倪這樣的人，應該用為巡撫。武臣像石亨、楊洪、柳博這樣的，應該用為將帥。至于軍隊里面的事情，我自己承擔，沒有成效就判我的罪。”對他的意見，皇帝全都認真地接納了。
十月，敕令于謙提督各營軍馬。而也先挾持著上皇（英宗）攻破紫荊關直入，進窺京師。石亨建議收兵固守使敵兵勞累衰竭。于謙不同意，說：“為什么向他示弱，使敵人更加輕視我。”馬上分別調遣諸將帶領二十二萬兵士，在九門外擺開陣勢：都督陶瑾在安定門，廣寧伯劉安東直門，武進伯朱瑛朝陽門，都督劉聚西直門，鎮遠侯顧興祖阜成門，都指揮李端正陽門，都督劉得新崇文門，都指揮湯蘆宣城門，而于謙自己和石亨率領副總兵范廣、武興在德勝門外列陣，抵擋也先。把兵部的事交給了侍郎吳寧，把各城門全部關閉，自己親自督戰。下令：臨陣將領不顧部隊先行退卻的，斬將領。軍士不顧將領先退卻的，后隊斬前隊。于是將士知道必定要死戰，都聽命令。副總兵高禮、毛福壽在彰義門北面抵擋敵人，俘虜了一個頭目。皇帝高興，令于謙選精兵聚集在教場，以便調動；再命太監興安、李永昌同于謙一起管理軍務。
當初，也先部隊深入，以為早晚就可以攻下京城，及至見到明朝官軍嚴陣以待，有些喪氣。叛變了的宦官喜寧教唆也先邀明朝大臣迎接上皇，索取黃金和絲織品以萬萬計；又邀于謙及王直、胡濙等出城談判。皇帝不準許。也先更加沮喪。庚申，也先部隊窺伺德勝門。于謙令石亨率神機營在空屋里設下埋伏，派幾個騎兵引誘敵人。敵人用一萬騎兵逼近，副總兵范廣發射火藥武器，伏兵一齊起來迎擊。也先的弟弟孛羅，平彰卯那孩被炮打死，也先部隊轉移到西直門，都督孫鏜抵御他，石亨亦分了部分兵力來到，敵寇撤退。副總兵武興在彰義門攻打敵軍，和都督王敬一起挫敗了也先的前鋒。敵軍正要退卻，而幾百個騎著馬的宦官想爭功，沖馬爭著向前。陣腳亂了，武興被亂發的箭射死。寇兵趕到土城，居民爬以屋頂，呼喊著用磚石投擲敵人，喧聲震天。王竑和福壽的援兵趕到，敵軍于是撤退。相持了五天，也先的邀請沒人理他，作戰又失利，知道不可能達到目的，又聽說各地勤王的部隊馬上要開到，恐怕截斷了他的歸路，于是擁著上皇由良鄉向西去。于謙調各將領追擊，到居庸關才回來。評功，加于謙少保、總督軍務。于謙說：“四郊多保壘，是卿大夫的恥辱，怎么敢求取賞賜功勞呢！”堅決推辭，皇帝不準。于是增兵守真定、保定、涿州、易州等府州，請求用大臣鎮守山西，防止敵寇南侵。
景泰元年三月，總兵朱謙奏稱敵兵三萬圍攻萬全，敕令范廣擔任總兵官抵御他：不久，敵寇退，于謙請求即駐兵居庸關，敵寇來則出關剿殺，敵寇退則回京師駐守。大同參將許貴奏北面有三個人到鎮上，想朝廷派使者講和。于謙說：“以前派指揮季鋒、岳謙前往講和，而也先跟著入寇。接著派通政王復、少卿趙榮，見不到上皇就回來了。顯然，不能依靠和談。況者我和他的仇不共戴天，從道理上來說也絕不可以講和。萬一和了他要滿足無窮無盡的要求，答應則給我們造成很大的困難，不答應又會發生變亂，這形勢也不能講和。許貴是武臣，而這樣恐懼畏縮，怎能敵汽同仇，按法律該處死。”發出文書嚴厲譴責他。從此邊境的將領人人都主張堅守作戰，沒有敢說講和的。
當初，也先諸多要挾，都是由喜寧策劃的。朱祁鎮（英宗）策劃鎮守大同的將領抓了喜寧，把他殺了。又給王偉想辦法，讓他引誘殺了奸細田小兒。而且利用間諜實行離間，請求特別釋放了忠勇伯把臺家，答應封給爵位，讓他從中想辦法。也先開始有放回上皇的意思，派使者來聯系，京師的戒備才稍稍放松了一點。于謙上言：“南京重地，需要有人加以安撫穩定。中原有很多流民，假如遇上荒年，互相呼應聚集成群，這是很值得擔心的。請敕令內外守備和各處巡撫用心整頓，防患于未然，召回派往內地召募發兵的文武官員和鎮守中宮。”
到了八月，上皇被留在北方已經一年。也先見中國沒有什么事端，更想講和，使者接連前來，提出把上皇送回。大臣王直等商議派使者前往迎接，皇帝不高興地說：“朕本來不想登大位，當時是被推上來的。”于謙從容地說：“帝位已經定了，不會再有更改，只是從情理上應該趕快把他接回來罷了。萬一他真有什么陰謀，我就有話說了。”皇帝看看他便改變了面色說：“聽你的、聽你的。”先后派遣了李實、楊善前往。終于把上皇接了回來，這是于謙的功勞。
上皇已經回來，瓦剌請求朝貢。先前貢使不過百人，正統十三年增加到三千余人，對給予的賞賜總不滿足，便入侵。”現在又派三千人來朝，于謙請求列兵居庸關以備不測，在京師隆重陳兵，設宴招待。因此說到和議很難依靠，逐條進上安定邊境的三個策略。請求敕令大同、宣府、永平、山海、遼東各路總兵官增修墻準備防御。京兵分別隸屬于五軍營、神機營、三千營，雖然各設有總兵。但不相統一，請求選擇精銳十五萬人，分為十營團操，從此開始了團營的制度。這事記載在《明史·兵志》中。瓦剌入貢，常常攜帶以前擄去的人口來。于謙一定奏請酬勞使者，前后贖回了幾百人。
當初，永樂年中，投降過來的人被安置在京畿附近的很多。也先入侵時，很多成了內應。于謙想分散遣送他們。因為西南有戰事，每次出征，都挑選他們精銳的騎手，從厚資助他們前往，然后再遣送他們的妻子，內患得以平定。楊洪以獨石入衛，八個城都給了敵人。于謙使都督孫安率輕騎兵出龍門關占據了它，招募百姓屯田，邊戰邊守，八個城得以收復。貴州苗未平定，何文淵建議撤去布使、按察兩司。專設都指揮使司，用大將鎮守。于謙說：“不設兩個司，是放棄了這地方。”建議遂作罷。于謙認為上皇雖然回來了，但國恥未洗雪，正值也先和脫脫不花結怨，請求趁機派大軍，自己前往征討他，以報復從前的仇恨，清除邊患。皇帝不準。
于謙主持兵部工作時，也先的勢力正在擴張，而福建鄧茂七、浙江葉宗留、廣東黃蕭養各自擁有部眾和自封的封號，湖廣、貴州、廣西、瑤、侗、苗、僚到處蜂起作亂，前后的軍隊征集調遣，都是于謙獨自安排。當戰事匆忙急迫，瞬息萬變的時候，于謙眼睛看著手指數著，隨口講述奏章，全都能按照機宜采取正確的方針方法。同事和下屬接受命令，彼此看著都感到驚駭佩服。號令嚴明。雖然是勛臣老將稍有不守法度，立即請圣旨切實責備。一張小字條送到萬里外，沒有不謹慎小心執行的。他才思的暢通敏捷，考慮的周到仔細，一時沒有人能比得上。他性情淳樸忠厚過人，忘身憂國。上皇雖然回來了，一點也不說自己的功勞。東宮改易以后，景帝命令凡是兼東宮太子宮屬者支取兩份俸祿。諸臣都表示推辭，只有于謙一再推辭。自己的生活很簡單儉樸，所居住的房子僅僅能夠遮擋風雨。皇帝賜給他西華門的府第，推辭說：“國家多難，臣子怎么敢自己安居。”堅決推辭，皇帝不準。于是把皇帝前所賞賜的璽書、袍服、銀錠之類，全部封好寫上說明放到那里，每年去看一看罷了。
皇帝很了解于謙，所議論奏請的事沒有不聽從的。皇帝曾經派使者到真定、河間采擇野菜，去直沽制造魚干，于謙一說便馬上停止。任用一個人，一定悄悄訪問于謙。于謙實事求是地回答，沒有隱瞞，也不躲避嫌疑怨恨。因此那些不稱職的人都怨恨他，而不像他那樣被皇帝信用的，亦往往嫉妒他。當敵寇剛剛撤退時，都御史羅通立刻上奏章彈劾于謙登記的功勞薄不實在。御史顧(日翟)說于謙太專權，干預六部的大事奏請實行，好像他就是內閣一樣。于謙根據祖制反駁他們，戶部尚書金濂亦上疏為他爭辯，但指責他的人還是不斷收集他的材料。各御史多次用苛刻的文詞上奏彈劾他，全靠景泰帝力排眾議，加以任有，他才得以盡量實現自己的計劃。
于謙的性格很剛強，遇到有不痛快的事，總是拍著胸脯感嘆說：“這一腔熱血，不知會灑在那里！”他看不起那些懦怯無能的大臣、勛臣、皇親國戚，因此憎恨他的人更多。又始終不贊成講和，雖然上皇因此能夠回來，但上皇并不滿意。徐珵因為提出遷都南京，受到于謙斥責。這時把名字改為有貞，比較得到提升進用，經常咬牙切齒地恨于謙。石亨本來因為違犯了軍法被削職，是于謙請求皇帝寬恕了他，讓他總理十營兵，但因為害怕于謙不敢放肆，也不喜歡于謙。德勝門一仗的勝利，石亨的功勞并不比于謙大，而得到世襲侯爵，內心有愧，于是上書推薦于謙的兒子于冕。皇帝下詔讓他到京師，于謙推辭，皇帝不準。于謙說：“國家多事的時候，臣子在道義上不應該顧及個人的恩德。而且石亨身為大將，沒有聽說他舉薦一位隱士，提拔一個兵卒，以補益軍隊國家，而只是推薦了我的兒子，這能得到公眾的認可嗎？我對于軍功，極力杜絕僥幸，絕對不敢用兒子來濫領功勞。”石亨更是又愧又恨。都督張輒因為征苗時不守律令，被于謙彈劾，和內侍曹吉祥等都一向恨于謙。
景泰八年正月壬午，石亨和曹吉祥、徐有貞迎接上皇恢復了帝位，宣諭朝臣以后，立即把于謙和大學士王文逮捕入獄。誣陷于謙等和黃囗制造不軌言論，又和太監王誠、舒良、張永、王勤等策劃迎接冊立襄王。石亨等拿定這個說法，唆使科道官上奏。都御史蕭維禎審判定罪，坐以謀反，判處死刑。王文忍受不了這種誣陷，急于爭辯，于謙笑著說：“這是石亨他們的意思罷了，分辯有什么用處？”奏疏上呈后，英宗還有些猶豫，說：“于謙是有功勞的(謙實有功）。”徐有貞進言說：“不殺于謙，復辟這件事就成了出師無名。”皇帝的主意便拿定了。正月二十三日，于謙被押往崇文門外，就在這座他曾拼死保衛的城池前，得到了他最后的結局——斬決。史載：天下冤之！于謙被殺之后，按例應該抄家，可抄家的官員到于謙家時，才發現這是一項十分容易完成的工作，因為于謙家里什么也沒有，除了生活必需品外根本就沒有多余的錢財（家無余財）。遂溪的教諭吾豫說于謙的罪應該滅族，于謙所推薦的各文武大臣都應該處死。刑部堅持原判這才停止了。千戶白琦又請求寫上他的罪行，刻板印刷在全國公布。一時要討好皇帝爭取寵幸的人，全都以于謙作為一個話柄。
于謙自從土木之變以后，發誓不和敵人共生存。經常住在值班的地方，不回家。一向有痰癥病，景帝派太監興安、舒良輪流前往探望。聽說他的衣服、用具過于簡單，下詔令宮中造了賜給他，所賜東西甚至連醋菜都有了。又親自到萬歲山，砍竹取汁賜給他。有人說皇帝太過寵愛于謙，興安等說：“他日夜為國分憂，不問家產，如果他去了，讓朝廷到那里還能找到這樣的人？”到抄家的時候，家里沒有多余的錢財，只有正屋關鎖得嚴嚴實實。打開來看，都是皇上賜給的蟒袍、劍器。于謙死的那天，陰云密布，全國的人都認為他是冤枉的。一有個叫朵兒的指揮，本來出自曹吉祥的部下，他把酒潑在于謙死的地方，慟哭。曹吉祥發怒，鞭打他。第二天，他還是照樣潑灑在地表示祭奠。都督同知陳逢被于謙的忠義感動，收斂了他的尸體。過了一年，送回去葬在杭州。陳逵，是六合人。曾被推舉為有將領之才，是從李時勉門下舉薦的。皇太后開始時不知道于謙的死，聽說以后，嘆息哀悼了幾天。英宗也后悔了。
于謙已死，由石亨的黨羽陳汝言任兵部尚書。不到一年，所干的壞事敗露，貪贓累計巨萬。皇帝召大臣進去看，變了臉色說：“于謙在景泰帝朝受重用，死時沒有多余的錢財，陳汝言為什么會有這樣多？”石亨低著頭不能回答。不久邊境有警，皇帝滿面愁容。恭順侯吳瑾在旁邊侍候，進諫說：“如果于謙在，一定不會讓敵人這樣。”皇帝無言以對。這一年，徐有貞被石亨中傷，充軍到金齒口。又過了幾年，石亨亦被捕入獄，死于獄中；曹吉祥謀反，被滅族，于謙事情得以真相大白。
成化初年，將于冕赦免回來，他上疏申訴冤枉，得以恢復于謙的官職，賜祭，誥文里說：“當國家多難的時候，保衛社稷使其沒有危險，獨自堅持公道，被權臣奸臣共同嫉妒。先帝在時已經知道他的冤，而朕實在憐惜他的忠誠。”這誥文在全國各地傳頌。弘治二年，采納了給事中孫需的意見，贈給于謙特進光祿大夫、柱國、太傅，謚號肅愍，賜在墓建祠堂，題為“旌功”，由地方有關部門年節拜祭。萬歷中，改謚為忠肅。杭州、河南、山西都是歷代奉拜祭祀不止。其實于謙并不需要皇帝的所謂嘉獎，因為這些所謂的天子似乎并沒有評價于謙的資格，明英宗之前有過無數的皇帝，在他之后還會有很多，而于謙是獨一無二的。
正統年間，宦官王振專權，作威作福，肆無忌憚地招權納賄。百官大臣爭相獻金求媚。每逢朝會期間，進見王振者，必須獻納白銀百兩；若能獻白銀千兩，始得款待酒食，醉飽而歸。而于謙每次進京奏事，從不帶任何禮品。有人勸他說："您不肯送金銀財寶，難道不能帶點土產去？"于謙瀟灑一笑，甩了甩他的兩只袖子，說：“只有清風。”還特意寫詩《入京》以明志：手帕蘑菇與線香，本資民用反為殃。清風兩袖朝天去，免得閭閻話短長！“兩袖清風”的成語就是這樣來的。閭閻就是里巷的意思，此句的意思是免得被人說長道短。此詩寫成后遠近傳誦，為一時佳話。于謙如此不阿，自然引起了宦官王振的極度不滿。
正統六年，于謙上書說：“現在河南、山西各自儲存了數百萬谷物。請于每年三月，令各府州縣上報缺糧的貧困戶，把谷物分發給他們。先給菽秫，再給黍麥，再次給稻。等秋收后還給官府，而年老有病和貧窮無力的，則免予償還。州縣吏員任滿應該提升時，儲存預備糧達不到指標的，不準離任。并命令監察官員經常稽查視察。”下詔令照此執行。河南靠近黃河的地方，常因水漲沖缺堤岸。于謙令加厚防護堤，計里數設置亭，亭有亭長，負責督促修繕堤岸。又下令種樹、打井，于是榆樹夾道，路上沒有干渴的行人。大同單獨遠在邊塞之外，巡按山西的人難于前往，奏請另設御史管理。把鎮守將領私自開墾的田全部收為官屯，用以資助邊防經費。他的威望恩德遍布于各地，在太行山的盜賊都逃跑或隱藏起來。在職九年，升任左侍郎，領二品官的俸祿。
當初，楊士奇、楊榮、楊溥主持朝政，都很重視于謙。于謙所奏請的事，早上上奏章，晚上便得到批準，都是“三楊”主辦的。但于謙每次進說商議國事時，都是空著口袋進去，那些有權勢的人不能不感到失望。到了這時，“三楊”已經去世，太監王振掌權，正好有個姓名和于謙相似的御史，曾經頂撞過王振。于謙入朝，推薦參政王來、孫原貞代替自己。通政使李錫逢迎王振的指使，彈劾于謙因為長期未得晉升而不滿，擅自推舉人代替自己。把他投到司法部門判處死刑，關在獄中三個月。后來王振知道搞錯了，把他放出來，降職為大理寺少卿。山西、河南的官吏和百姓俯伏在宮門前上書，請求于謙留任的人數以千計，周王、晉王等藩王也這樣上言，于是再命于謙為巡撫。當時的山東、陜西流民到河南求食的，有二十余萬人，于謙請求發放河南、懷慶兩府積儲的粟米救濟。又奏請令布政使年富安撫召集這些人，給他們田、牛和種子，由里老監督管理。前后在任共十九年，他父母去世時，都讓他回去辦理喪事，不久便起用原職。
正統十三年，于謙被召回京，任兵部左侍郎。第二年秋天，也先大舉進犯，王振挾持皇帝親征。于謙和兵部尚書鄺埜極力勸諫，不聽。鄺埜跟隨皇帝管理軍隊，留于謙主持兵部的工作。待到明英宗在土木堡被俘，京師大為震驚，大家都不知道該怎么辦。郕王監國，命令群臣討論作戰和防守的方略。侍講徐珵說星象有變化，應當遷都南京。于謙厲聲說：“主張南遷的，該殺。京師是天下的根本，一搖動則國家大計完了，難道沒有看見宋朝南渡的情況嗎！”郕王肯定了他的說法，防守的決策就這樣定下來了。當時京師最有戰斗力的部隊、精銳的騎兵都已在土木堡失陷，剩下疲憊的士卒不到十萬，人心震驚惶恐，朝廷上下都沒有堅定的信心。于謙請郕王調南北兩京、河南的備操軍，山東和南京沿海的備倭軍，江北和北京所屬各府的運糧軍，馬上開赴京師，依然策劃部署，人心稍為安定。于謙立即被升為兵部尚書。
郕王暫代皇帝出朝，廷臣們請求將王振滅門九族。而王振的黨羽叫馬順的，便出來斥責言官。于是給事中王竑在明廷忍不住上前打馬順，大家都跟著他。還把別的王振同黨拉到那里打死。朝上秩序大亂，衛卒聲勢洶洶。郕王害怕得要起來逃跑，為防止錦衣衛報復，于謙推開眾人走上前去扶住郕王不要起來，而且告訴郕王宣諭說：“馬順等有罪該死，不予（百官）追究。”大家才安定下來。于謙的袍袖因此全部撕裂。退出左腋門，吏部尚書王直握著于謙的手嘆道：“國家正在倚賴你呢，今天雖然一百個王直又有什么作用！”當時，上下的人都依賴重視于謙，于謙亦毅然把國家的安危視為自己的責任。 當初，大臣擔憂國家沒有君主，太子年幼，敵寇將至，請皇太后立郕王為皇帝。郕王一再害怕地推辭。于謙大聲說：“我們完全是為國家考慮，不是為個人打算。”郕王于是受命。九月，郕王即帝位為景帝，于謙進去回答問話，情緒激昂地哭著說：“敵寇得意，留住了皇上。必然輕視中國，長驅南下。請命令各邊境的守臣竭力防守遏制。京營士兵的器械快要用完了，需要馬上分道招募民兵，令工部制造器械盔甲。派遣都督孫鏜、衛穎、張輒、張儀、雷通分兵據守九門重要的地方，軍隊駐扎在外城的外面。都御史楊善。給事中王竑亦參與這些事，遷徙外城附近的居民進入城內。儲存在通州的糧食，令官軍自己去支領，用裝足的米作為代價，不把糧食留給敵人。文臣像軒倪這樣的人，應該用為巡撫。武臣像石亨、楊洪、柳博這樣的，應該用為將帥。至于軍隊里面的事情，我自己承擔，沒有成效就判我的罪。”對他的意見，皇帝全都認真地接納了。
十月，敕令于謙提督各營軍馬。而也先挾持著上皇（英宗）攻破紫荊關直入，進窺京師。石亨建議收兵固守使敵兵勞累衰竭。于謙不同意，說：“為什么向他示弱，使敵人更加輕視我。”馬上分別調遣諸將帶領二十二萬兵士，在九門外擺開陣勢：都督陶瑾在安定門，廣寧伯劉安東直門，武進伯朱瑛朝陽門，都督劉聚西直門，鎮遠侯顧興祖阜成門，都指揮李端正陽門，都督劉得新崇文門，都指揮湯蘆宣城門，而于謙自己和石亨率領副總兵范廣、武興在德勝門外列陣，抵擋也先。把兵部的事交給了侍郎吳寧，把各城門全部關閉，自己親自督戰。下令：臨陣將領不顧部隊先行退卻的，斬將領。軍士不顧將領先退卻的，后隊斬前隊。于是將士知道必定要死戰，都聽命令。副總兵高禮、毛福壽在彰義門北面抵擋敵人，俘虜了一個頭目。皇帝高興，令于謙選精兵聚集在教場，以便調動；再命太監興安、李永昌同于謙一起管理軍務。
當初，也先部隊深入，以為早晚就可以攻下京城，及至見到明朝官軍嚴陣以待，有些喪氣。叛變了的宦官喜寧教唆也先邀明朝大臣迎接上皇，索取黃金和絲織品以萬萬計；又邀于謙及王直、胡濙等出城談判。皇帝不準許。也先更加沮喪。庚申，也先部隊窺伺德勝門。于謙令石亨率神機營在空屋里設下埋伏，派幾個騎兵引誘敵人。敵人用一萬騎兵逼近，副總兵范廣發射火藥武器，伏兵一齊起來迎擊。也先的弟弟孛羅，平彰卯那孩被炮打死，也先部隊轉移到西直門，都督孫鏜抵御他，石亨亦分了部分兵力來到，敵寇撤退。副總兵武興在彰義門攻打敵軍，和都督王敬一起挫敗了也先的前鋒。敵軍正要退卻，而幾百個騎著馬的宦官想爭功，沖馬爭著向前。陣腳亂了，武興被亂發的箭射死。寇兵趕到土城，居民爬以屋頂，呼喊著用磚石投擲敵人，喧聲震天。王竑和福壽的援兵趕到，敵軍于是撤退。相持了五天，也先的邀請沒人理他，作戰又失利，知道不可能達到目的，又聽說各地勤王的部隊馬上要開到，恐怕截斷了他的歸路，于是擁著上皇由良鄉向西去。于謙調各將領追擊，到居庸關才回來。評功，加于謙少保、總督軍務。于謙說：“四郊多保壘，是卿大夫的恥辱，怎么敢求取賞賜功勞呢！”堅決推辭，皇帝不準。于是增兵守真定、保定、涿州、易州等府州，請求用大臣鎮守山西，防止敵寇南侵。
景泰元年三月，總兵朱謙奏稱敵兵三萬圍攻萬全，敕令范廣擔任總兵官抵御他：不久，敵寇退，于謙請求即駐兵居庸關，敵寇來則出關剿殺，敵寇退則回京師駐守。大同參將許貴奏北面有三個人到鎮上，想朝廷派使者講和。于謙說：“以前派指揮季鋒、岳謙前往講和，而也先跟著入寇。接著派通政王復、少卿趙榮，見不到上皇就回來了。顯然，不能依靠和談。況者我和他的仇不共戴天，從道理上來說也絕不可以講和。萬一和了他要滿足無窮無盡的要求，答應則給我們造成很大的困難，不答應又會發生變亂，這形勢也不能講和。許貴是武臣，而這樣恐懼畏縮，怎能敵汽同仇，按法律該處死。”發出文書嚴厲譴責他。從此邊境的將領人人都主張堅守作戰，沒有敢說講和的。
當初，也先諸多要挾，都是由喜寧策劃的。朱祁鎮（英宗）策劃鎮守大同的將領抓了喜寧，把他殺了。又給王偉想辦法，讓他引誘殺了奸細田小兒。而且利用間諜實行離間，請求特別釋放了忠勇伯把臺家，答應封給爵位，讓他從中想辦法。也先開始有放回上皇的意思，派使者來聯系，京師的戒備才稍稍放松了一點。于謙上言：“南京重地，需要有人加以安撫穩定。中原有很多流民，假如遇上荒年，互相呼應聚集成群，這是很值得擔心的。請敕令內外守備和各處巡撫用心整頓，防患于未然，召回派往內地召募發兵的文武官員和鎮守中宮。”
到了八月，上皇被留在北方已經一年。也先見中國沒有什么事端，更想講和，使者接連前來，提出把上皇送回。大臣王直等商議派使者前往迎接，皇帝不高興地說：“朕本來不想登大位，當時是被推上來的。”于謙從容地說：“帝位已經定了，不會再有更改，只是從情理上應該趕快把他接回來罷了。萬一他真有什么陰謀，我就有話說了。”皇帝看看他便改變了面色說：“聽你的、聽你的。”先后派遣了李實、楊善前往。終于把上皇接了回來，這是于謙的功勞。
上皇已經回來，瓦剌請求朝貢。先前貢使不過百人，正統十三年增加到三千余人，對給予的賞賜總不滿足，便入侵。”現在又派三千人來朝，于謙請求列兵居庸關以備不測，在京師隆重陳兵，設宴招待。因此說到和議很難依靠，逐條進上安定邊境的三個策略。請求敕令大同、宣府、永平、山海、遼東各路總兵官增修墻準備防御。京兵分別隸屬于五軍營、神機營、三千營，雖然各設有總兵。但不相統一，請求選擇精銳十五萬人，分為十營團操，從此開始了團營的制度。這事記載在《明史·兵志》中。瓦剌入貢，常常攜帶以前擄去的人口來。于謙一定奏請酬勞使者，前后贖回了幾百人。
當初，永樂年中，投降過來的人被安置在京畿附近的很多。也先入侵時，很多成了內應。于謙想分散遣送他們。因為西南有戰事，每次出征，都挑選他們精銳的騎手，從厚資助他們前往，然后再遣送他們的妻子，內患得以平定。楊洪以獨石入衛，八個城都給了敵人。于謙使都督孫安率輕騎兵出龍門關占據了它，招募百姓屯田，邊戰邊守，八個城得以收復。貴州苗未平定，何文淵建議撤去布使、按察兩司。專設都指揮使司，用大將鎮守。于謙說：“不設兩個司，是放棄了這地方。”建議遂作罷。于謙認為上皇雖然回來了，但國恥未洗雪，正值也先和脫脫不花結怨，請求趁機派大軍，自己前往征討他，以報復從前的仇恨，清除邊患。皇帝不準。
于謙主持兵部工作時，也先的勢力正在擴張，而福建鄧茂七、浙江葉宗留、廣東黃蕭養各自擁有部眾和自封的封號，湖廣、貴州、廣西、瑤、侗、苗、僚到處蜂起作亂，前后的軍隊征集調遣，都是于謙獨自安排。當戰事匆忙急迫，瞬息萬變的時候，于謙眼睛看著手指數著，隨口講述奏章，全都能按照機宜采取正確的方針方法。同事和下屬接受命令，彼此看著都感到驚駭佩服。號令嚴明。雖然是勛臣老將稍有不守法度，立即請圣旨切實責備。一張小字條送到萬里外，沒有不謹慎小心執行的。他才思的暢通敏捷，考慮的周到仔細，一時沒有人能比得上。他性情淳樸忠厚過人，忘身憂國。上皇雖然回來了，一點也不說自己的功勞。東宮改易以后，景帝命令凡是兼東宮太子宮屬者支取兩份俸祿。諸臣都表示推辭，只有于謙一再推辭。自己的生活很簡單儉樸，所居住的房子僅僅能夠遮擋風雨。皇帝賜給他西華門的府第，推辭說：“國家多難，臣子怎么敢自己安居。”堅決推辭，皇帝不準。于是把皇帝前所賞賜的璽書、袍服、銀錠之類，全部封好寫上說明放到那里，每年去看一看罷了。
皇帝很了解于謙，所議論奏請的事沒有不聽從的。皇帝曾經派使者到真定、河間采擇野菜，去直沽制造魚干，于謙一說便馬上停止。任用一個人，一定悄悄訪問于謙。于謙實事求是地回答，沒有隱瞞，也不躲避嫌疑怨恨。因此那些不稱職的人都怨恨他，而不像他那樣被皇帝信用的，亦往往嫉妒他。當敵寇剛剛撤退時，都御史羅通立刻上奏章彈劾于謙登記的功勞薄不實在。御史顧(日翟)說于謙太專權，干預六部的大事奏請實行，好像他就是內閣一樣。于謙根據祖制反駁他們，戶部尚書金濂亦上疏為他爭辯，但指責他的人還是不斷收集他的材料。各御史多次用苛刻的文詞上奏彈劾他，全靠景泰帝力排眾議，加以任有，他才得以盡量實現自己的計劃。
于謙的性格很剛強，遇到有不痛快的事，總是拍著胸脯感嘆說：“這一腔熱血，不知會灑在那里！”他看不起那些懦怯無能的大臣、勛臣、皇親國戚，因此憎恨他的人更多。又始終不贊成講和，雖然上皇因此能夠回來，但上皇并不滿意。徐珵因為提出遷都南京，受到于謙斥責。這時把名字改為有貞，比較得到提升進用，經常咬牙切齒地恨于謙。石亨本來因為違犯了軍法被削職，是于謙請求皇帝寬恕了他，讓他總理十營兵，但因為害怕于謙不敢放肆，也不喜歡于謙。德勝門一仗的勝利，石亨的功勞并不比于謙大，而得到世襲侯爵，內心有愧，于是上書推薦于謙的兒子于冕。皇帝下詔讓他到京師，于謙推辭，皇帝不準。于謙說：“國家多事的時候，臣子在道義上不應該顧及個人的恩德。而且石亨身為大將，沒有聽說他舉薦一位隱士，提拔一個兵卒，以補益軍隊國家，而只是推薦了我的兒子，這能得到公眾的認可嗎？我對于軍功，極力杜絕僥幸，絕對不敢用兒子來濫領功勞。”石亨更是又愧又恨。都督張輒因為征苗時不守律令，被于謙彈劾，和內侍曹吉祥等都一向恨于謙。
景泰八年正月壬午，石亨和曹吉祥、徐有貞迎接上皇恢復了帝位，宣諭朝臣以后，立即把于謙和大學士王文逮捕入獄。誣陷于謙等和黃囗制造不軌言論，又和太監王誠、舒良、張永、王勤等策劃迎接冊立襄王。石亨等拿定這個說法，唆使科道官上奏。都御史蕭維禎審判定罪，坐以謀反，判處死刑。王文忍受不了這種誣陷，急于爭辯，于謙笑著說：“這是石亨他們的意思罷了，分辯有什么用處？”奏疏上呈后，英宗還有些猶豫，說：“于謙是有功勞的(謙實有功）。”徐有貞進言說：“不殺于謙，復辟這件事就成了出師無名。”皇帝的主意便拿定了。正月二十三日，于謙被押往崇文門外，就在這座他曾拼死保衛的城池前，得到了他最后的結局——斬決。史載：天下冤之！于謙被殺之后，按例應該抄家，可抄家的官員到于謙家時，才發現這是一項十分容易完成的工作，因為于謙家里什么也沒有，除了生活必需品外根本就沒有多余的錢財（家無余財）。遂溪的教諭吾豫說于謙的罪應該滅族，于謙所推薦的各文武大臣都應該處死。刑部堅持原判這才停止了。千戶白琦又請求寫上他的罪行，刻板印刷在全國公布。一時要討好皇帝爭取寵幸的人，全都以于謙作為一個話柄。
于謙自從土木之變以后，發誓不和敵人共生存。經常住在值班的地方，不回家。一向有痰癥病，景帝派太監興安、舒良輪流前往探望。聽說他的衣服、用具過于簡單，下詔令宮中造了賜給他，所賜東西甚至連醋菜都有了。又親自到萬歲山，砍竹取汁賜給他。有人說皇帝太過寵愛于謙，興安等說：“他日夜為國分憂，不問家產，如果他去了，讓朝廷到那里還能找到這樣的人？”到抄家的時候，家里沒有多余的錢財，只有正屋關鎖得嚴嚴實實。打開來看，都是皇上賜給的蟒袍、劍器。于謙死的那天，陰云密布，全國的人都認為他是冤枉的。一有個叫朵兒的指揮，本來出自曹吉祥的部下，他把酒潑在于謙死的地方，慟哭。曹吉祥發怒，鞭打他。第二天，他還是照樣潑灑在地表示祭奠。都督同知陳逢被于謙的忠義感動，收斂了他的尸體。過了一年，送回去葬在杭州。陳逵，是六合人。曾被推舉為有將領之才，是從李時勉門下舉薦的。皇太后開始時不知道于謙的死，聽說以后，嘆息哀悼了幾天。英宗也后悔了。
于謙已死，由石亨的黨羽陳汝言任兵部尚書。不到一年，所干的壞事敗露，貪贓累計巨萬。皇帝召大臣進去看，變了臉色說：“于謙在景泰帝朝受重用，死時沒有多余的錢財，陳汝言為什么會有這樣多？”石亨低著頭不能回答。不久邊境有警，皇帝滿面愁容。恭順侯吳瑾在旁邊侍候，進諫說：“如果于謙在，一定不會讓敵人這樣。”皇帝無言以對。這一年，徐有貞被石亨中傷，充軍到金齒口。又過了幾年，石亨亦被捕入獄，死于獄中；曹吉祥謀反，被滅族，于謙事情得以真相大白。
成化初年，將于冕赦免回來，他上疏申訴冤枉，得以恢復于謙的官職，賜祭，誥文里說：“當國家多難的時候，保衛社稷使其沒有危險，獨自堅持公道，被權臣奸臣共同嫉妒。先帝在時已經知道他的冤，而朕實在憐惜他的忠誠。”這誥文在全國各地傳頌。弘治二年，采納了給事中孫需的意見，贈給于謙特進光祿大夫、柱國、太傅，謚號肅愍，賜在墓建祠堂，題為“旌功”，由地方有關部門年節拜祭。萬歷中，改謚為忠肅。杭州、河南、山西都是歷代奉拜祭祀不止。其實于謙并不需要皇帝的所謂嘉獎，因為這些所謂的天子似乎并沒有評價于謙的資格，明英宗之前有過無數的皇帝，在他之后還會有很多，而于謙是獨一無二的。
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