八月十四日，朱祁镇抵达土木堡，其时尚未黄昏，随征众臣建议到南面二十里的怀来城中坚守，王振却以千余车辎重在后为由决定驻师以待。
驻营地高而无水泉，掘井二丈仍不见水，将士在饥渴状态下战斗力丧失殆尽。
当天，瓦剌骑兵自土木堡旁麻峪口攻入，虽有守将郭懋抵抗一晚上，但无济于事。
八月十五日，朱祁镇准备启程，发现自己已陷入两万瓦剌骑兵的重重包围之中，明军无力突围，只好坐待援军。
期间，瓦剌使臣来营议和，朱祁镇急召学士曹鼐起草敕书，并遣通事二人与瓦剌使臣一起去见也先。
王振以为瓦剌退兵，便移营接近水源，回旋之间，行列已乱，明军争先奔进，瓦剌骑兵趁机攻击明军，明军大败，损失大半，朱祁镇与与亲兵乘马突围，反被瓦剌军俘虏。
张辅以下五十多名勋贵大臣死于乱军之中，而王振亦死于乱中（据传为朱祁镇的护卫将军樊忠所杀），是为土木之变。
朱祁镇被俘后，被带去雷家站见也先之弟赛罕王。
朱祁镇问他是也先还是他的弟弟伯颜帖木儿、赛罕王或大同王。
赛罕王由此判断他可能是明朝皇帝，派人汇报也先，也先派两名曾出使过明朝的使哈巴国师和哈者哈里平章去辨认，二人回报确系明帝。
也先闻讯大喜，认为“大元皇帝一统天下”的夙愿即将达成，询问群臣如何处置朱祁镇，乃公认为明朝皇帝是“大元”的仇人，要求杀死，伯颜帖木儿则认为朱祁镇能在乱军中毫发无伤是得天佑，不可杀死，并力主送回。
也先只同意不杀朱祁镇，但决定挟为奇货，以便攻取北京，便将朱祁镇送到伯颜帖木儿军营看管，由三名在瓦剌的明朝武官袁彬、哈铭（杨铭）、李成（沙狐狸）伺候。
八月十七日，也先就挟持他来到宣府城南，要求守将杨洪等迎驾，被守军拒绝。
八月二十一日，也先挟持朱祁镇叫开大同城门，又被郭登拒绝，朱祁镇只好索取朱冕、宋瑛及宦官郭敬的家产分送也先及其弟伯颜帖木儿，到二十三日才离去。
郭登还遣人密告袁彬，欲派夜不收五人化装入敌营，奉朱祁镇到石佛寺礼佛，乘机救朱祁镇入城。
朱祁镇认为成功可能性低，便没有同意。
随后被也先带到塞外，返回其大本营。
朱祁镇被俘的消息后，北京城中人心惶惶。
孙太后命朱祁钰监国，并企图用财宝赎回朱祁镇，但也先接过财宝后并不放人。
翰林侍讲徐珵（徐有贞）提议南迁，遭到兵部侍郎于谦的坚决反对。
于是孙太后和朱祁钰擢升于谦为兵部尚书，将北京防务委任给他，于谦捕杀王振的亲属和党羽，并在正统十四年（1449年）九月初六日拥戴朱祁钰为帝，改元景泰，遥尊朱祁镇为太上皇帝，人心由此稍安。
也先在与鞑靼、瓦剌其他头目商议后，决定挟持朱祁镇进攻北京。
十月初七日，也先率军至大同东门，宣称要护送朱祁镇回北京重登皇位。
朱祁镇的秘密对前来拜见他的大同知府霍瑄嘱咐要求郭登“固守城池，不可开城门”，郭登亦再次拒绝开门。
随后，瓦剌大军挟朱祁镇从紫荆关过易州、良乡，于十月十一日兵至北京城下，列阵西直门外。
朱祁镇于在京郊卢沟桥命袁彬作书三封，分别致孙太后、朱祁钰及文武群臣，通报敌情，要求朱祁钰君臣固守社稷，又派降将岳谦同也先使臣纳哈出至彰义门外喊话，岳谦被明军所杀，纳哈出奔回。
也先遂于十月十二日采取降宦喜宁之计，率兵拥祁镇登上土城，要求明廷迎朱祁镇回宫，朱祁钰派右通政王复、太常寺少卿赵荣出城见朱祁镇，进献羊酒，也先拒受羊酒，要求于谦等大员来见他，并索要大量金帛财物。
朱祁钰有意答应，于谦表示：“今日止知有军旅，它非所敢闻！”
十月十三日，也先率兵发起总攻，于谦、石亨率明军迎战于德胜门外，明军在火器的助攻下取得胜利。
也先转攻西直门，明军守将孙镗起初失利，后毛福寿、石亨等来援，才击退瓦剌军。
接着，明军又在彰义门击退瓦剌军。
此外，进攻居庸关的瓦剌军也未能得手，被罗通击退。
也先被迫于十月十五日带着朱祁镇北返。
途中，喜宁主张带着朱祁镇到西北当皇帝，然后再取南京，与朱祁钰对峙，但未被朱祁镇和也先接纳。
也先对朱祁镇相当礼遇，每二日进羊一只，七日进牛一只，逢五、逢七、逢十日便举行宴会，每天给牛奶、马奶。
据说也先也提议将自己妹妹嫁给朱祁镇，被朱祁镇婉拒。
也先如此善待朱祁镇，相当程度上是出自母亲（敏答失力）本是明朝女子的缘故。
景泰元年（1450年）春，也先屡次进犯，均未能占到便宜。
朱祁镇对也先来说也失去价值，也先便有意送还朱祁镇。
六月二十六日，瓦剌使臣参政完者、脱欢等五人来北京讲和。
朱祁钰只同意讲和，却不提迎回朱祁镇。
他升礼科给事中李实为礼部右侍郎，充正使、罗绮升大理寺右少卿，充副使，七月十一日到达也先驻地失八儿秃，翌日在伯颜帖木儿驻地朝见太上皇帝朱祁镇，进献礼物。
朱祁镇声称也先有意送回自己，只因喜宁阻挠，才迟迟无法回京，最后嘱咐道：“你们回去，上复当今皇帝并内外文武群臣，差来迎我，愿看守祖宗陵寝，或做百姓也好。若不来接取，也先说今人马扰边，十年不休。”
也先也敦促迎回朱祁镇，在此期间，脱脱不花派使臣皮儿、马黑麻来北京讲和，朱祁钰派右都御史杨善等前去答谢，八月初二日拜见也先，说服也先同意立即放还朱祁镇。
八月初六日，杨善奉朱祁镇南归，也先率众头目送驾半日路程，临别，也先下马，解所佩弓箭战裙赠朱祁镇，伯颜帖木儿更是连送两日，初八至野狐岭才痛哭而回，仍命五百骑送驾到北京。
也先则派壮勇部下20人紧随朱祁镇左右，即使杨善也无法靠近。
朱祁镇抵达北京前，礼部请求隆重出迎，朱祁钰借口可能中瓦剌之计来拒绝，朱祁镇也以自己“辱国丧师，有玷宗庙”为由要求迎接礼仪“悉从简略”。
八月十五日，朱祁镇从安定门入京，由百官接驾，朱祁钰则在皇城东安门迎拜，朱祁镇答拜，各述授受之意。
随后朱祁镇被送入南宫（延安宫）崇质殿，开始了被软禁的生活……