逃大同，塞北城堡接连失陷。与此同时，阿刺部攻独石，破永宁城，进逼居庸关。脱脱不花部围攻镇静堡，遭明军抗击，撤围而去。
七月十六，英宗和王振仓促率领大军号称五十万前往大同迎战。同行的还有英国公张辅、兵部尚书邝野、户部尚书王佐及内阁大学士曹鼐、张益等百余名文武官员，但英宗不让他们参预军政事务，把一切军政大权都交给王振一人独断。七月十九，在进军途中，邝埜等群臣屡请回师，均遭拒绝。七月廿三，至宣府。七月二十四，也先侦知明军主力出征，且行阵如蚁，首尾难顾，遂佯装畏惧，主动北撤，隐伏塞外，纵明军兵骄，寻机待战。廿八曰，明军至阳和，目睹尸横遍野，将士惊恐。
八月初一，师至大同，王振不见瓦剌军踪影，急欲北进，炫耀兵威。这时，镇守大同的太监郭敬密报王振，瓦剌兵势甚锐，且大同以北各地明军惨败，若继续北行，正中其计。王振遂定回师，命刘安为大同总兵、郭登为参将，镇守大同，掩护主力东撤。初三，明军开始按既定路线由蔚州经紫荆关返京师。军行四十里，王振擅改行军路线，令全军折向宣府，经居庸关而返。
将士辗转宣府、大同间，饥渴疲惫。也先察知明军易道北行，指挥混乱，断定并非用计，立即改变设伏之策，发挥蒙古骑兵倏来忽往、灵活机动的特点，挥师突入长城，跟踪追击。七月十三，瓦剌大军追至，恭顺伯吴克忠、都督吴克勤率兵断后，战死沙场。成国公朱勇、永顺伯薛绶率骑五万来援救，至鹞儿岭，中伏死，五万骑兵全部覆没。
八月十四，大军抵达土木堡这个距离怀来城仅二十里的堡寨，因为一千多辆武钢车的辎重未能如期抵达，王振不顾文武百官反对下令就地宿营。翌曰，瓦剌大军围困土木堡，明军只得仓促应战，英国公张辅，泰宁侯陈瀛，驸马都尉井源，平乡伯陈怀，襄城伯李珍，遂安伯陈埙，修武伯沈荣，都督梁成、王贵，尚书王佐、邝野，内阁大学士曹鼐、张益，侍郎丁铉、王永和，右都御史邓棨等，皆战死，明英宗盘而坐，不久