元朝滅亡以後，蒙古族分裂成三大部分：西部是瓦刺，中部是韃靼，東部是兀良哈。明朝初年，為瞭防止蒙古貴族的進攻，明朝政府在北方設立九邊（註），大同為九邊重鎮之一。由於大同地理位置極為重要，朱元璋封他的第十三太子朱桂為代王，坐鎮大同，在大同一帶駐守著十五個衛戍兵力，軍隊人數達八萬四千多人，又在大同設置山西行都指揮司，管理山西一切軍政事務。
明英宗時，瓦刺部落逐漸強盛起來。瓦刺頭領馬哈木死後，其子脫歡吞並瞭韃靼和兀良哈，統一瞭蒙古部族。脫歡死後，其子也先繼承王位，勢力進一步發展。控制瞭東起遼河，西至關山東麓的大片土地。當時，為瞭和平相處，明朝與瓦刺達成協議，在大同、宣府等地設立馬市，互相貿易，交流物資，瓦刺以馬換取漢族的糧食、佈匹、武器等。正統十一年（公元１４４６年）冬季，也先因為糧食缺乏，派使臣來大同借糧，並要求與大同的守備太監郭敬見面，商談具體事宜。明英宗朱祁鎮得知此事後，命令郭敬不要見瓦刺的使臣，拒絕瞭瓦刺的借糧要求，引起瓦刺的不滿。之後，明朝政府又單方面撕毀貿易協議，隨意降低瞭馬價，使瓦刺受到損失。從此，明朝與瓦刺關系破裂，局勢緊張，雙方都在調集軍隊，加緊備戰。
明英宗正統十四年（公元１４４９年）農歷七月，也先在軍事部署就緒後，帶領大軍兵分四路向明朝沿邊大舉進犯。也先親自率領瓦刺主力部隊向大同一帶進軍。企圖首先攻占大同，然後進逼明朝都城北京。在瓦刺軍隊南下的同時，明朝駐守大同的軍隊北上抵抗，雙方在貓兒莊（今內蒙隆盛莊東南）遭遇，發生激戰。結果，明軍初戰失利，損失很大，大同參將吳浩陣亡。為瞭堵截瓦刺的進犯，明朝大同守備太監郭敬擔任監軍，帶領守將宋瑛、朱冕、都督石亨等，率領大軍再次與瓦刺軍隊在陽高衛交戰。由於郭敬不懂軍事，胡亂指揮，這次，明軍敗得更慘，宋瑛、朱冕戰死，石亨儀以單騎逃歸，太監郭敬嚇得躲藏在草叢中才幸免一死。明軍接連戰敗的消息傳到北京後，明英宗朱祁鎮急忙召集大臣，商議應急對策。當時，宦官王振專權，想利用這次出兵機會，狐假虎威，炫耀自己的權勢，就竭力主張朱祁鎮親自帶兵出征，討伐瓦刺。許多大臣提出反對意見，朱祁鎮一句也聽不進去。於是，在農歷七月十六日，朱祁鎮帶領文武大臣，貿然起用五十萬大軍親征，從北京、宣府浩浩蕩蕩向大同挺進。農歷八月，朱祁鎮來到大同，這時，正趕上連日霪雨，大同明軍缺糧受餓，加以連吃敗仗，軍心渙散，按軍隊實力，隻要及時改善軍隊給養，振作起精神，作好部署和準備，明軍仍然能夠扭轉敗局。但是，朱祁鎮昏庸至極，不聽忠言，王振專橫跋扈，不懂戰術，不體貼下情，使明軍士氣低落，對戰爭失去信心。王振本來也不是專為作戰而來，以為顯示一下兵威，瓦刺就會退走。之後，王振的同黨、大同守備太監郭敬把在陽高吃敗仗的經過一說，王振也談虎色變，嚇得喪魂落魄，隻怕瓦刺圍攻大同。他又極力勸說朱祁鎮率師回京，結果，朱祁鎮和五十萬明軍隻在大同停留瞭三天，也沒與瓦刺軍隊交戰，就慌忙回師離開瞭大同。
王振是蔚州人。退軍開始後，王振想讓朱祁鎮路經蔚州，從紫荊關回北京，順便邀請皇帝光臨他的傢鄉，抖抖自己的威風。明軍大隊人馬進入蔚州境內的雙寨後，王振又一考慮，這麼多兵馬來到他的傢鄉，必然會糟踏他的傢園，破費他的一大筆財產。於是，他又改變瞭主意，讓朱祁鎮從來時的宣府舊路撤退。朱祁鎮聽任他的擺佈，繞道再返回舊路，結果，白白浪費瞭許多時間，給瓦刺軍隊造成追擊的好機會。朱祁鎮帶領明軍回到宣府舊路後，果然被瓦刺軍隊趕上。明軍慌忙應戰，一觸即潰。恭順侯吳克忠的軍隊被瓦刺軍擊敗，吳克忠戰敗身亡。隨後，成國公朱勇、永順伯薛緩又以四萬兵力與瓦刺軍隊大戰於鷂兒嶺（今河北涿鹿西北），瓦刺軍設下埋伏，明軍猝不及防，又吃瞭敗仗。農歷八月十三日，朱祁鎮帶領明軍敗退到土木堡（今河北懷來縣西）。為瞭防止瓦刺軍隊的襲擊，隨軍大臣們建議朱祁鎮趕快退到懷來縣城，固城自守，不要在此久留。不懂軍事的王振卻怕丟掉輜重，不聽大臣們的意見，堅持讓朱祁鎮與明軍住宿在土木堡。第二天黎明，也先帶領瓦刺大軍追來，明軍撤退已經來不及瞭，朱祁鎮及隨軍文武大臣被圍困在土木堡內。土木堡地勢高旱，挖井二丈多深也不見水。土木堡南十五裡有一條河，但水道又被瓦刺軍隊占據。明軍經過長途轉戰，人困馬乏，又饑又渴，人心慌恐，一片混亂。十五日，瓦刺軍假裝退兵撤走，王振不知是計，急忙命令大軍遷營。當明軍剛剛行動，隊伍亂作一團的時候，也先率領大軍馬上掉轉方向，從四面突然向明軍沖擊過來，明軍見到瓦刺軍後，頓時行列大亂，爭先逃走。瓦刺軍沖入明軍陣地。橫沖直闖，使明軍潰不成軍，互相擁擠踐踏，死傷數十萬人，騾馬損失二十多萬頭，輜重無法計算，屍體橫堆，慘不忍睹。隨軍大臣、武將英國公張輔、駙馬都尉井源等五十多人戰死身亡。作惡多端的宦官王振也死於亂軍之中，昏愚荒淫的朱祁鎮被瓦刺軍俘虜，這就是歷史上的“土木堡之變”。
朱祁鎮被俘後，也先曾兩次帶著朱祁鎮以索取金幣為名，攻打大同。大同都督郭登識破瞭也先的計謀，曾兩次設計，想奪回朱祁鎮，襲擊瓦刺軍，但都沒有成功。之後，也先又以送朱祁鎮回朝為名，由大同、陽高衛向北京進攻。明軍經過土木堡慘敗後，北京駐軍不滿十萬，士氣不振，無心戀戰。有的大臣主張遷都，不少王公貴族紛紛潛逃。在這危急關頭，主戰派於謙擁立朱祁鈺為皇帝（即明代宗），殺死王振族黨，籍沒其傢產。於謙又從各地調集兵馬，招募民眾抗戰，派兵防守各處要隘，初步穩定瞭局勢。也先帶領瓦刺軍來到北京城外時，遭到明軍奮力抵抗，也先的陰謀沒有得逞。之後，也先見拘留朱祁鎮沒有多大作用時，又放回瞭朱祁鎮。朱祁鎮回朝後，復辟登基，殺死於謙等主戰派，使明朝政治更加腐敗，國勢日益衰落。此後，一直到明朝滅亡，明朝與各少數民族的戰爭，從來沒有停止過，大同地區一直成為重要戰場，使人民的生命和財產受到重大損失。
註：九邊——明朝初年，在北部沿長城一帶，設立瞭九個邊防重鎮，即；遼東鎮、薊州鎮、宣府鎮、大同鎮、太原鎮、榆林鎮、寧夏鎮、固原鎮、甘肅鎮，簡稱“九邊”，駐守著四十萬軍隊。