八月十三，明军逃至土木堡，王振见也先并未追击，便命令大军在土木堡原地修整。尽管兵部尚书邝埜表示瓦剌骑兵行军速度极快，土木堡虽然地势较高，但无泉缺水，不利于大军驻扎，建议大军退回居庸关再行修整，但却被王振拒绝。
也先见明军停步不前，于是派军队占据了土木堡之南十五里处的河流，断绝了明军用水，饥渴难耐的明军挖井两丈仍无用水，派兵前去取水却被瓦剌军所阻，大军只好忍饥挨饿稍作休整。次日，也先遣使诈和，之后率军主动撤退，结果王振不等瓦剌军队远离，便命令大军移营取水，饥渴难耐的明军顿时扑向河边，大军瞬间乱作一团。
见明军自乱阵脚，也先立即率军发动进攻，仓促之下明军根本无法形成有效抵抗，顿时陷入溃败之中。此一战役，明军二十余万人中伤居半，死者三之一，明英宗被俘，王振被英宗护卫将军樊忠一怒之下用铁锤砸死，文武官员亦死伤数十人，损失马匹二十万头，衣甲器械辎重损失无数。
