明廷虽以主战派取得胜利，并进行了较为充分的战前准备工作，但在如何进行防御战斗上，当时意见也很不一致。主将石亨主张“尽闭九门，坚壁清野以避贼锋，以老敌师”。于谦认为“不以战，何以争?”“奈何示弱，使敌益轻我!”坚决主张到城外依城结营，采用积极防御手段以迎击敌军。确实，若采取“尽闭九门，坚壁以避敌锋，以老敌师”的消极防御，则把京城附近很大一部分空间都让给了敌人，使敌人在城下为所欲为，行动自由，明军则处于完全防守挨打的被动局面，难于争取战争中的主动权。而依城结营，列阵于九门之外，一则可以背城以战，破釜沉舟以激励士气，使人人奋勇*敌;二则可以形成城外迎敌，城内固守的形势，使自己在较大的活动范围内可以进行多层设伏，加大防御的纵深、增强防御的韧性。后来的战斗实际情况也表明依城结营，以战为守的战术思想是正确的。
于谦受命提督各营军马，立即分遣诸将帅兵22万列阵于九门之外:总兵石亨、副总兵范广、武兴阵于德胜门；都督陶瑾阵于安定门;广宁伯刘安阵于东直门;武进伯朱瑛阵于朝阳门；都督刘德新阵于崇文门;都指挥杨节阵于宣武门;都督刘聚阵于西直门;副总兵顾兴祖阵于阜成门;都指挥李端阵于正阳门，皆受石亨节制。于谦把兵部的日常事务交给侍郎吴宁去处理，自己亲自到德胜门石亨军营，以抵抗瓦剌的主力部队。于谦自己的“率先士卒，躬擐甲胄”，“以示必死，泣以忠义谕三军，人人感奋，勇气百倍”，于是全军上下，同仇敌忾、斗志激昂。
10月9日，于谦下令:“有盔甲军士但今日不出城者斩”。等到各军都出至城外部署完毕之后，“悉闭诸城门”以示背城死战的决心，大有项羽破釜沉舟、韩信背水决战的气势，也正符合《孙子兵法》所言“哀兵必胜”，“置之死地而后生，置之亡地而后存”。于谦又下令传谕壮士:“临阵，将不顾军先退者，斩其将;军不顾将先退者，后队斩前队。”将士知必死，于是奋不顾身拼力*敌。
10月11日，瓦剌军进抵北京城下，也先看到明军阵容严整，所以不敢贸然发动进攻。也先想以送还英宗议和为借口诱开城门，被于谦以“今日止知有军旅，它非所闻”而拒绝，也先诡计未得逞，于是开始攻城。战斗进行得异常激烈，也先虽有精锐骑兵，但在明军的顽强抵抗和相互密切配合之下，却也无可奈何。北京城就在眼前，但他在几日激战、付出了一定伤亡之后，进攻屡次被明军挫败，也先弟孛罗和平章卯那孩也被火炮击毙，于是瓦剌军更加沮丧。而且一同进攻北京的阿剌，脱脱不花与也先之间矛盾重重，相互猜忌。脱脱不花持观望态度，阿剌遇挫即退，造成也先军的孤立。当战争进行之际，脱脱不花，阿剌单独与明廷议和，这就决定了也先更加难以实现其“大元一统天下” 的梦想。也先又听说明朝各路援军纷纷到京勤王，恐其归路被切断，于10月15日夜拔营北遁，于谦派军乘胜追击。11月8日，也先军退出塞外，京师解严。
在以于谦为中心的了解战争指导规律的中枢指挥部的统率之下，将明军部置于北京四周，在城防火力可以支援的距离之内，“依城结营”，背城决战，表现出积极主动的战术思想。自“土木之败”后，瓦剌军气焰嚣张，明军士气沮丧，所以在防守上不能过于示弱而采取消极防守。这样会更加影响士气，从而降低明军战斗力。而且于谦采取许多军政措施，稳定人心，加强防务，整军换将，严明纪律，使明军无反顾之念，士气大振，因而将士能奋勇作战，挫败了瓦剌的进攻，保卫了北京城。
在战斗之中，“攻则有余，守则不足”。作为处于守势的一方，不能全部处于挨打的被动局面，不能等待敌人的进攻然后再同敌人作战。一个高明的统帅，在具体的战斗中，即使整体上处于守势，也应攻守结合，攻中有守，守中有攻，善于制造假象，诱使敌人进攻，然后设计给敌以*伤，打退敌人的进攻。也先刚抵北京城下，派少量骑兵到德胜门外侦察，于谦判断敌人可能从这里进攻，就叫石亨预先领兵埋伏于道路两边的空房之中，只派少数明军前去迎战，旋即假装败退，也先率万余骑呼啸而来。等瓦剌军逼近时，神机营的火炮、火铳齐发，同时石亨所领伏兵突起攻击，大败瓦剌军。瓦剌军转攻西直门，明军守将都督孙镗率军迎战。战斗打得十分激烈，孙镗斩瓦剌军前锋数人，瓦剌稍退，孙镗追击，瓦剌增兵合围孙镗，孙镗尽力拼*，但因兵力单薄，退至城边。给事中程信于城上发炮轰击瓦剌军，高礼、毛福寿率兵前来助战，石亨也派兵来援，瓦剌军三面受敌，被迫退去。明军将士在同仇敌忾的激昂斗志之下，相互配合作战，一方有险，多方援助。正是在协同配合之下，打退了瓦剌多次进攻，激战数日，北京九门没有一门被也先铁骑踏破。而且于谦根据战斗中暴露出来的一些问题，重新布署，加强了西直门和彰仪门(今北京广安门外)之间的军事力量。命都督毛福寿等“于京城外西南街巷要路，堵塞路口，埋伏火铳、短枪，以待策应”。并要他们与彰仪门方面加强联系，遇有紧急情况，“互相应援，不许自分彼此，失误军机”。
于谦不仅命各将领之间相互配合，协同作战， 而且根据不同兵种的武器特点，各取所长，配合作战。当时火铳、火炮技术还不甚先进，每次发射后装药需定时间， 而瓦剌军则利用这间歌冲*过来，使明军火器威力不能够充分发挥出来。于是于谦就令神机营、骑兵营、步兵营配合起来，“俱以火铳列于阵前，弓矢短兵次之”。先放一些鞭炮以迷惑敌人，敌人以为明军火器用尽，于是大队冲*过来。敌人逼过来时，明军火铳、火炮、弓箭齐发，给敌人先锋以大量*伤，然后骑兵、步兵冲入敌阵，以扩大战果，这种不同兵种配合协同作战，收到很好的效果。
明军的配合作战，还表现在居民配合官兵方面。由于元朝残暴统治给人民造成深重灾难，所以百姓也能积极支援官兵。瓦剌进攻彰仪门时，明军曾挫败了瓦剌前锋。但这时明军方面有数百骑想要争功，自后跃马冲出，冲乱了阵营，瓦剌军乘机反击。明军败退，瓦剌追到土城，土城一带居民，“升屋号呼，投砖石以击寇，哗声动天”。瓦剌军受到阻遏，其他各路赶来支援，瓦剌仓皇退走。
明军攻守结合、协同配合的作战方案，体现出积极主动的防御精神，针对敌军骑兵长于*，短于攻城的特点，当敌人未至城郊时，先不出击，俟其疲惫，再出奇设伏，分路合击，当敌人迫近城郊安营时，则组织突击队，夜袭敌人，使敌人不得休息，并在退路设伏，歼灭追击之敌。于谦以部分兵力守城墙，主力配置城外，分守九门外廓，并将火简、火铳、火炮等配置在城墙上，支援城下明军作战。
于谦的防守思想是积极的，依托城防既设工事，充分发挥火炮威力，使兵力、工事、火器密切配合，并使用诱使敌人深入、伏击、追击等手段，都是符合战争指导规律，是行之有效的战术，这对北京保卫战的胜利起了很大作用。
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