宣宗皇帝看到这种情况，“龙颜大悦“，任命于谦为江西巡抚，他在江西时间，通过明察暗访，平定了不少冤案，当地百姓都称赞于谦的公正廉明，宣宗皇帝又破格任命于谦为兵部右侍郎。
正统六年（公元一千四百四十一年），于谦向英宗皇帝上疏言：“今河南、山西积谷各数百万。请以每岁三月，令府州县报缺食下户，随分支给。先菽秫，次黍麦，次稻。俟秋成偿官，而免其老疾及贫不能偿者。州县吏秩满当迁，预备粮有未足，不听离任。仍令风宪官以时稽察。“英宗皇帝同意了他的请求。
于谦深得朝中内阁大臣杨士奇、杨荣、杨溥等人的器重，认为他是朝中未来的顶架柱，有什么国家大事都和他一起商量；王振专权后，因为于谦向来不向他行贿，命人诬陷于谦怨恨自己长期得不到升迁，将他下狱；得知于谦被关押的消息后，山西、河南官吏、民众皆伏阙上书，请求释放于谦者，数以千计，周、晋诸王亦为于谦请命，王振见势头不对，于是将于谦释放，官复原位。
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于谦认为“国不可一日无君”，太子又年幼，建议拥郕王朱祁钰为帝，朱祁钰惊惧不肯接受，于谦曰：“臣等诚忧国家，非为私计。“郕王朱祁钰这才受命登基为帝，改元景泰。于谦入对，慷慨泣奏曰：“寇得志，要留大驾，势必轻中国，长驱而南。请饬诸边守臣协力防遏。京营兵械且尽，宜亟分道募民兵，令工部缮器甲。遣都督孙镗、卫颖、张軏、张仪、雷通分兵守九门要地，列营郭外。都御史杨善、给事中王竑参之。徙附郭居民入城。通州积粮，令官军自诣关支，以赢米为之直，毋弃以资敌。文臣如轩輗者，宜用为巡抚。武臣如石亨、杨洪、柳溥者，宜用为将帅。至军旅之事，臣身当之，不效则治臣罪。“景泰帝认为他所说的很有道理，于是对于这些建议一一采纳。
景泰帝召开廷议，命群臣议战守大计。侍讲徐珵（徐有贞）言星象有变，应当将朝廷迁到南京。于谦厉声曰：“言南迁者，可斩也。京师天下根本，一动则大事去矣，独不见宋室南渡事乎！“景泰帝采纳了于谦的建言。
虽然战守之策已定，当时京师劲兵精骑皆在“土木堡之变”陷没，京城只有疲卒不及十万，人心震恐，上下没有固守的意志。于谦请求檄文取南北两京、河南备操军，山东及南京沿海备倭军，江北及北京诸府运粮军，赴京师。经过这一番部署，兵精粮足，于是京城人心稍微安定，景泰帝升迁于谦为兵部尚书。
景泰帝刚则摄政，廷臣向他请求将王振族诛，王振党羽马顺，仍然”作威作福“在朝堂上叱斥言官，于是给事中王竑廷在朝堂上发难道：“你们平日跟着王振‘为非作歹’，事到如今，还不知收敛，竟敢如此放肆！”说完王竑廷上前攻击马顺，众人“义愤填膺”，跟着一起上前殴打马顺，将他打死；一时间朝堂秩序大乱，景泰帝畏惧起身欲回宫，于谦排众上前一边搀扶景泰帝，一边小声跟他耳语几句，于谦站出来传谕道：“马顺本是王振党羽，其罪当死，勿论。“众人这才安定了下来。
朝臣们退出左掖门，吏部尚书王直上前握着于谦的手，他这才发现于谦的袍袖都裂开了，叹息曰“国家正赖公耳。今日虽百王直何能为！“经过这几件事，朝廷上下皆倚重于谦，于谦亦毅然表态要以社稷安危为己任。
先是，京师草束，自永乐以来承平日久，俱在城外堆积，动以千数万计，坝上养大马草束料豆亦置仓场于野外，于谦一闻虏寇临关，急分遣五城兵马司官纵之焚烧，一面奏闻。有人谓如些重要之事，何不待报？于谦曰：“事有经权，今寇在目前，若少缓，待命下，适以资虏。”及京城戒严，人皆服于谦经济远略，设不预为焚烧之计，则在野仓场皆虏囊中之物，借此持久坐困我必矣。
石亨在廷议上”坚壁清野“，以待也先退兵；于谦摆了摆手，慨然曰：“奈何示弱，使敌人益发看轻我。“于谦于是分遣诸将，率师二十二万，列阵九门外：都督陶瑾守安定门，广宁伯刘安东直门，武进伯朱瑛朝阳门，都督刘聚西直门，镇远侯顾兴祖阜成门，都指挥李端正阳门，都督刘得新崇文门，都指挥汤节宣武门。
作为也先进攻主要方向的德胜门，由于谦亲自来把守，他统领石亨、副总兵范广、武兴陈兵于德胜门外，抵挡也先的部队。于谦此次是做好了回不来的准备，他将兵部的事务一一托付给侍郎吴宁，关闭诸城门，于谦亲自到场督战。先泣谕三军，誓言：“国恩当报，忠义难得，事机一失，祸患立至，生不如死。”人人感奋，勇气百倍。
于谦于是下令曰：“临阵将不顾军先退者，斩其将；军不顾将先退者，后队斩前队！”于是将士知必死，皆用命。副总兵高礼、毛福寿退敌于彰义门，擒获酋首。景泰帝大喜，令于谦选精兵屯教场随时以便调用。
也先原来视京城可以旦夕而下，见到官军严阵对待，他不禁有点失望；英宗皇帝身边有个叛阉，名叫喜宁，他唆使大臣迎驾，索要的金帛数以万计，还要于谦及王直、胡濙等人出城商议迎驾的事，这两件事景泰帝都不同意。
庚申，也先进逼德胜门。于谦令石亨设伏空舍，遣数骑诱敌。敌人果然上当，”千军万马“前来追赶，副总兵范广在空舍中施发火器，伏击他们。也先弟孛罗、平章卯那孩皆死于德胜门。也先见德胜门难下，转攻西直门，都督孙堂作好了防御工作，石亨亦分兵来援，也先只能退兵。副总兵武兴击寇彰义门，与都督王敬挫其前锋。也先前部本来已退却，而内监数百骑欲争功，跃马竞前。反把阵型搞乱，给了敌人可乘之机。