当时通州官仓存粮有数百万石，有人建议放火烧掉，以免资敌。于谦不肯，他奏请郕王下令，颁发京城官员九个月的俸粮，预发士兵六个月的饷粮，叫大家自己到通州粮仓去领。他还发动京城百姓协助政府运粮，凡能从通州官仓运粮二十石交给京城官仓的，发给运费白银一两。
命令一下，全城军民忙得热火朝天，运粮的队伍汇成一股洪流，白天车马相接，夜里火把通明，家家都有存粮，人心安定。
土木之役后，于谦深知瓦剌进攻北京只是早晚之事，提高北京地区的应战能力，加强北部的全线防御力度，实乃迫在眉睫。除了前面所说的迅速调集各方军队进京之外，于谦重点加强了前沿重要军事阵地，像独石口、居庸关、紫荆关、宣府、大同等地的防守，更大范围地建立对北京的防御圈。
在选拔镇守将领方面，于谦不拘一格使用人才。如原大同都督石亨，阳和惨败后单骑逃回北京，于谦特请赦免，起用他总领京营兵镇守京城。又如，以监察御史程富镇守独石口，广东东莞县河伯所闸官罗通为兵部郎中守御居庸关，四川按察使曹泰调守紫荆关等等。根本不按一般官吏升迁的序列选派将领，而是根据于谦对这些人才干的赏识和品格的洞察而定。
此外，封镇守宣府的杨洪为昌平伯，奖谕巡抚罗亨信等。土木之败后，宣府成为一座孤城，人心涣散，许多人想弃城逃跑。罗亨信仗剑坐守城门，宣布命令：“出城者斩！”有效地制止了逃跑倾向。也先曾三次进攻宣府，挟朱祁镇命令杨洪、罗亨信开门，皆被拒绝。
杨、罗二人率同军民坚守孤城，终于保住了这个重要据点，为保卫京师立下了赫赫战功。于谦仍请杨洪同罗亨信、朱谦一道镇守宣府，勉励他们继续抵抗瓦剌。
九月初七，于谦推荐辽东都指挥范广为副总兵，协助石亨佐理京营。
九月十五日，于谦推荐大同副总兵都督同知郭登为总兵官，佩征西将军印，取代刘安镇守大同。原来，郭登一直与广宁伯总兵官刘安一同镇守大同。土木之战后，八月二十一日瓦剌军拥着朱祁镇来到大同城外，郭登却“闭门不纳”。朱祁镇传话给郭登：“朕与你还有姻亲关系呢，你怎么能这样对待朕！”郭登回答：“臣乃奉命守城，不敢擅自开启。”于是，刘安出城朝见朱祁镇，朱祁镇索要了大同库金一万两，并让刘安把在阳和死去的朱冕、宋瑛及宦官郭敬等人的家财分给也先及伯颜帖木儿等人。
瓦剌军围困大同三天，大同守军伤亡巨大，城门昼夜紧闭，人心惶惶。郭登带领士兵加固城墙，自造兵器，吊死问伤，安抚百姓，并亲自为伤兵换药裹伤。他慷慨激昂地对军民宣誓：“誓与此城共存亡，决不让诸位独自赴死！”他的行为大大鼓舞了士气。而刘安却不顾边防重任，一心想升官。当他得知英宗要提升他为侯的许诺之后，竟以报告敌情为由，擅自离开大同前线奔来京师，要求兑现英宗的许诺。他的行为遭到了文武大臣的弹劾。他不仅没能升官晋爵，反而受到于谦的严厉惩治，进了班房。郭登被任命为总兵官后，更加振奋，日夜秣马厉兵，精心整顿军备。大同这座孤城也同宣府一样，巍然屹立在北京的西北，有效地阻挡着瓦剌的铁骑。
居庸关和紫荆关是瓦剌军从西北、西南进攻北京的必经之路。
人称居庸“两山夹峙，下有巨涧，悬崖峭壁，称为绝险”，而认为紫荆关“城高池深，足称雄固；当居庸、倒马间，实为辅车之势”。明廷升兵部郎中罗通、兵科给事中孙祥均为右副都御史，命罗通守居庸关，孙祥守紫荆关；罗通原来因罪被贬谪，于谦起用他为兵部员外郎，守居庸关。他到任后，相度形势，提出居庸关36个隘口宜增守卫兵力的主张，升为郎中，后又升为右副都御史，负起守卫居庸关的重任。到九月末，守卫居庸关的兵力，已由九千人增加到一万九千人，守卫紫荆关的兵力，由七千人增加到一万二千人。由于加强了大同、宣府、居庸关和紫荆关的防御，给保卫北京的准备工作争取了时间。
于谦还整治了一批带兵不严的将领，如忻城伯赵荣，平素懒于操练，致使军容不整，军纪全无，犹如一盘散沙。于谦请朱祁钰将其治罪。
为充实后备力量，于谦奏请代宗在直隶、山东、山西、河南等地招募民壮，进行操练，补往各卫所。为防止遗留在华北等地已归附明朝的蒙古后裔借机起事，明朝廷赏他们每人银二两，布二匹，以怀柔之策，告诫他们安分守己。
当时通州官仓存粮有数百万石，有人建议放火烧掉，以免资敌。
于谦不肯，他奏请朱祁钰下令，颁发京城官员九个月的俸粮，预发士兵六个月的饷粮，叫大家自己到通州粮仓去领。他还发动京城百姓协助政府运粮，凡能从通州官仓运粮二十石交给京城官仓的，发给运费白银一两。
命令一下，全城军民忙得热火朝天，运粮的队伍汇成一股洪流，白天车马相接，夜里火把通明，家家都有存粮，人心安定。
在物资方面，除了调运通州仓粮进京，还做好了近京地区各官仓的保卫和调运准备工作，以备随时调用。于谦集运大批坚木巨石前往龙门、独石口、居庸关、紫荆关等大小关隘，用以坚固城墙，修筑堡垒。
凡可通人马的大沟小道，或用垒石木料堵塞，或以重兵严密把守。他还更换了军队衣甲、旗帜标号，以别于被瓦剌掠去的衣甲和旗帜。
经过这一番努力，到九月底，于谦麾下又有了二十多万大军，并且，京城内外形成了一片同仇敌忾、斗志昂扬的气氛，百姓的力量也被调动起来。
于谦本人在这一个多月里日日夜夜殚精竭虑。景帝初立，他对景帝慨然泣奏：“防御之事，臣以身家性命来抵挡，不行则请治臣罪！”他夜宿“直庐”（相当于今值班室），绝少回家，累得旧疾复发，咳痰不止。朱祁钰闻知，亲自到万岁山伐竹取沥水给他治病。这也许是新皇帝坐稳乱局之后发自内心的感激，却不免引起了一部分人的妒忌，觉得皇帝过分宠爱于谦，太监兴安为之辩白道：“为国分忧，像于公这样的还有第二个吗？”
北京的城地，永乐时修建宫殿后，曾加以修筑，形成了城周四十五里，开九门（南为崇文、正阳、宣武，东为东直、朝阳，西为西直、阜成，北为德胜、安定），外有城壕的城防工事。到正统年间，城防工事有所加强。第一，加固城墙。北京的城墙，洪武年间开始，外侧用砖包砌，但内侧依然为土筑。正统十年（1445），内侧也砌以砖，使城墙更加坚固。第二，修建城楼、城壕、桥和闸，并使之配套。从正统元年到四年（1436～1439），各城门都修建了正门楼和月城楼，各门外修建了牌楼、城四角修建角楼。另外，深浚了城壕，壕两岸均砌以砖石。同时把九门外旧有的木桥拆掉，改为石桥，两桥之间，各有水闸，从而加强了城防。第三，为了防御也先的进攻，令工部在城墙堞口设置门扉，在城东、西、南三面城墙上缚沙栏木。共设门扉一千一百余扇，沙栏木长五千一百余丈，进一步增强了北京城池的防御性能。
明廷在紧急情况下，在政治上稳定了局势，在军事上形成了远有大同、宣府，近有紫荆、居庸，城池防御性能良好，形势较土木之变时大有改观。
正当于谦呕心沥血，率领明朝官兵昼夜备战之时，一阵更为猛烈、疯狂的马蹄声裹挟着塞外的寒气、风沙，滚滚而来了。