固守京师
土木堡之变的消息传到京师后，举朝震动，城内人心惶惶。八月十八日皇太后命皇帝异母弟弟?王朱祁钰监国，召集朝臣商议战守大计。以徐有贞为首的一些大臣主张还都南京;而主张抵抗的兵部侍郎于谦则以宋朝南迁的故事为反对迁都，并对皇太后晓以迁都的利害，征得皇太后的支持。吏部尚书王直、内阁学士陈循等人都赞同于谦，廷议乃决定固守北京。
积极备战
稳定内部
八月二十三日，于谦等人针对当时的危急局面，采取了一系列措施，首先，诛除宦党，平息民愤。明廷将招致土木堡之变的罪魁祸首王振抄家灭族，打击宦党的气焰，初步稳定了内部;其次，八月二十九日，文武百官请皇太后改立监国?王为帝，遥尊被俘的朱祁镇为太上皇。当时，也先挟明英宗作为攻城略地的政治工具。于谦提出“社稷为重，君为轻”的口号。拥立朱祁钰即位，这样即使也先的阴谋不能得逞。再次，举荐人才，调兵遣将，妥善安排。原大同副将石亨在“土木堡之战”中战败，单骑逃回，被贬官下狱。于谦认为，世界上没有常胜将军，而且战败的主要责任不在他。于是将其释放，并委任以京师总兵官的重任，统一指挥京师步兵部队。在后来的北京保卫战中，石亨指挥有方，英勇作战，战果显著。“论功，亨为多，晋侯”。同时，另以名将指挥京城的火器部队、骑兵部队和镇守大同、宣府、居庸关、紫荆关等重要关口，并严惩了一批贪生怕死、玩忽职守的将校。另外，于谦还改革了军制，把传统的“三大营”改为10个团营，使其更加适应防御作战的需要。经过一个多月的整军备战，明军兵精粮足，士气大振，严阵以待。
作战部署
按照明朝的体制，兵部尚书是不能直接指挥军队的。为此，明代宗专门下令，授予于谦“提督各营军马”的重任，命在京的各营将领皆接受其节制。将士凡有违抗军令者，于谦有先斩后奏之权。于是，于谦担负起了全权指挥北京保卫战的重任，其地位仅次于皇帝。又便于统一部署，共同抗击瓦剌于谦升任兵部尚书，积极备战;于谦注意提拔一批有才能的将领。同时，从各地调来兵力，日夜赶造武器，装备军队。在北京周围。布置兵力，严把九门。注意日夜操练军队，迅速地提高战斗力。随后两京、河南、山东等地的勤王部队也陆续赶到。于谦严整军纪，并选拨新进将领操练军兵，分守九城，并命令边防部队加紧修固沿边大小关隘。
这样，逐步形成了一个依城为营，以战为守，分调援军，内外夹击的作战部署，准备与瓦剌军决战于北京城下。
后勤保障
于谦认为，土木堡之战的失利，犯了许多兵家之大忌，其中后勤保障没搞好是重要原因。20万明军长期在风雨中辗转，军粮不备、军械不习、运输不及时，连唯一的饮用水源都被切断，在人饥马渴的情况下，是不能打胜仗的。因此，于谦上任后，首先实行正确的后勤方略，从人力、物力、财力等各方面做好后勤准备。
在人力准备方面，着重整顿、充实京军。京军的主力在土木堡之战中覆没后，京城只剩下部分守城部队。为了迎接战斗，于谦重组京军。他急调两京、河南的备操军，沿海的备倭军，江北及北京诸府运粮的官军，以及浙江兵来到北京，使京城兵力由数万人迅速增加到22万多人，形成了兵力数量上对于瓦剌军队的优势。并派监察御史白圭等15名重要官员，前往京畿、山东、山西、河南等地招募兵员，进行应急训练，以备补充。
在武器装备的筹措方面，于谦也想尽了办法。当时，京城军中仅有1/10的将士有盔甲，兵器也严重不足。为此，他一方面命令工部加紧赶制，一面将南京库存兵器的2/3，共126万件调入北京，补充守城部队。还派出人员到土木堡收集明军溃败时丢弃的头盔9000余项、甲5000余件;神枪(火枪)1.1万余杆、神铳(火铳)2万多只，神箭(火箭)44万枚、火炮800余门。并更换了明军的战服、军旗等。
在粮食储备和运输方面，当时，供应北京的粮食有数百万石储备在东郊的通州，可供京师军民一年的食用。由于短期内无法将其运到北京，有人担心被瓦剌利用，主张将这些粮食烧毁。于谦不同意。他认为，这些粮食是宝贵的财富，是京城保卫战的重要物质基础。如果没有粮食，军队就会不战自溃。因此，它采用了一切措施运粮。除官府征用的500辆大车昼夜运粮外，还动员百姓及官兵的家属、亲友自备车辆前往通州运粮。并提出，对运到北京20石以上粮食的人，除运费外，另发白银一两，以资鼓励。重赏之下有勇夫。在于谦的督促下，运粮队伍川流不息，昼夜往返。不几天工夫，就把通州的几百万石粮食运进京城并储备起来，从而使军心大振，也稳定了民心。在此基础上，于谦还下令，官兵皆预支半年禄饷，众从皆欢呼雀跃。
发动群众
在发动群众支前方面，于谦将全城军民都动员起来，备战备荒。城内的木土、瓦匠、石匠等统一编成工程队，进行训练。筹集了大量砖石、木材、石灰、工具等，以备战时急用。组织力量加固北京周边45里的城墙，增修了京城的崇文、正阳、宣武、东直、朝阳、西直、阜成、德胜、安定9门，特别是城北的德胜门、安定门，城西的西直门和阜成门，把城内侧由土筑改为砖砌，并深浚了城壕，加强了城防。同时，命令工部组织人员在城墙堞口设置门扉，在城东、西、南面城墙上绑上沙栏木，共设置门扉11000余个、沙栏木长5100余丈，进一步增强了北京城池的防御性能。为了进一步发动群众，于谦还传檄京城周围的州县和山西、河北等地民众，拿起武器，视情况打击瓦剌军队，切断其后路。
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