解决兵力短缺问题是防务的核心。于谦一方面紧急传檄各地，征调河南、山东的备操军、沿海的备倭军以及运河沿线的运粮军，星夜赶赴北京；另一方面整顿京中剩余兵力，选拔石亨等有实战经验的将领负责训练。石亨曾在土木堡之战中战败被贬，于谦不计前嫌加以重用，这种以才任人的胸怀极大地调动了将士们的积极性。经过一个月的紧急征调与整合，北京守军兵力迅速扩充至二十二万人，虽然多为临时集结的部队，但已具备了与瓦剌抗衡的基础。
粮草补给是持久作战的关键。当时北京周边的粮储基地虽有存粮，但运输困难且易遭敌军劫掠。于谦想出一条妙计：令各路赴京援军途经粮储基地时，自行携带十日口粮入京，同时征调顺天府的民船，将通州仓的百万石粮食通过运河转运至北京。这一举措既节省了民力，又避免了粮草被劫的风险，仅用半个月便完成了粮草集结，使京城的粮食储备足以支撑半年之久。有士兵感慨："于公此举，使我辈无腹中之忧，可专心御敌矣"。
确立新君则是粉碎也先政治图谋的妙棋。也先挟持英宗，一路南下时屡屡以"送还天子"为名招降明军守将，不少边关将领因投鼠忌器而犹豫不决。于谦敏锐地意识到，必须断绝也先的政治幻想。他联合吏部尚书王直等大臣反复上奏，力劝监国朱祁钰登基称帝。九月初六日，朱祁钰正式即位，是为明代宗，改次年为景泰元年。这一决策彻底打破了也先的要挟企图，使明军得以"名正言顺地与瓦剌作战，不必顾虑英宗的安危。正如《明夷待访录》所评："丧君有君，庙算无失，专意战守，罢诎和议"，为北京保卫战奠定了坚实的政治基础。
在整军备战的同时，于谦还对北京的城防体系进行了全面加固。他组织军民修补破损的城墙，在城门外挖掘深壕，设置鹿角、拒马等防御工事，并将京中储存的火器尽数部署到九门之上。当时明朝的火器制造技术已相当成熟，于谦充分发挥这一优势，将神枪、火炮、火箭等武器按射程远近分层配置，形成了严密的火力网。这些举措，让原本脆弱的北京防务迅速变得坚不可摧。
三、九门决战：铁壁铜墙的扞卫
景泰元年（1449年）十月初一，也先率领瓦剌主力大军，挟持着英宗朱祁镇，兵分三路直扑北京。东路军进攻古北口，西路军进犯居庸关，也先则亲率中路军主力经紫荆关突破长城防线，于十月十一日抵达北京城下。瓦剌军扎营于西直门外，号称十万大军，连日派人辱骂挑战，企图诱明军出城决战。
面对强敌压境，于谦召开战前军事会议，确立了"出城迎敌，固守待援"的作战方针。他力排众议，主张将主力部队部署于九门之外，主动迎战瓦剌骑兵，而不是龟缩城内被动防御。"若闭门不出，敌军必以为我军怯战，士气更盛；出城列阵，则可示我军死战之心"，于谦向将领们解释道。随后，他颁布了严厉的军令："诸将率师出城，列阵于各门之外；城门全部关闭，擅自开门者斩；将领临阵脱逃者，斩；士兵抛弃将领者，后队斩前队！"
在兵力部署上，于谦做出了周密安排：总兵官石亨率主力列阵于德胜门，抵御也先的正面进攻；都督陶瑾守安定门，广宁伯刘安守东直门，武进伯朱瑛守朝阳门，都督刘聚守西直门，镇远侯顾兴祖守阜成门，都指挥李端守正阳门，都督刘得新守崇文门，都指挥汤节守宣武门。而于谦自己，则与石亨一同镇守最为关键的德胜门——这里是瓦剌军南下的必经之路，注定将成为主战场。
