土木堡之战是指明正统十四年（公元1449年）秋，英宗朱祁镇亲征蒙古瓦剌，在土木堡（今河北怀束东南）突遭瓦剌军围攻，全军溃败的作战。
元朝灭亡以后，蒙古族分裂成三大部分：西部是瓦剌，中部是鞑靼，东部是兀良哈。明朝初年，为了防止蒙古贵族的进攻，明朝政府在北方设立九边，大同为九边重镇之一。由于大同地理位置极为重要，朱元璋封他的第十三太子朱桂为代王，坐镇大同，管理山西一切军政事务。
1439年（正统四年）瓦剌王脱欢死，其子也先（亦称额森）继位后，不断率兵南下袭扰明朝边境。1447年（正统十二年），也先率兵东进，征讨了臣服于明朝的兀良哈（今西辽河、老哈河流域）三卫——朵颜、福余和泰宁。联络建州女真（指居住在明建州卫的女真，在今吉林省吉林市东南、珲春和辽宁抚顺以东地区）和海西女真（当时泛指今松花江沿岸的女真人）各部，袭扰明朝的东北地区。至此，瓦剌的势力空前强盛，控制了西起中亚、东接朝鲜、北连西伯利亚、南抵长城以北的广大地区，成为继元而起的一个最大的蒙古政权，严重威胁明朝北部的安全。
1435年（宣德十年）正月，明宣宗朱瞻基死，不满9岁的明英宗朱祁镇即位。正统十一年（公元1446年）冬季，瓦剌王也先因为粮食缺乏，派使臣来大同借粮，并要求与大同的守备太监郭敬见面，商谈具体事宜。明英宗朱祁镇得知此事后，命令郭敬不要见瓦剌的使臣，拒绝了瓦剌的借粮要求，引起瓦剌的不满。之后，明朝政府又单方面撕毁贸易协议，随意降低了马价，使瓦剌受到损失。从此，明朝与瓦剌关系破裂，局势紧张，双方都在调集军队，加紧备战。
1449年2月，瓦剌也先遭使二千余人向明朝进贡马，诈称三千人，想让明朝多给些赐品。王振告礼部依实有人数给赏，并减给马价五分之四。使者回去后，添油加醋报告也先，也先大怒道：“明使曾许嫁公主，贡马是致送聘礼，明廷无意许亲，是失信于瓦剌。”7月，脱脱不花与也先统率大军，分四路侵入明境。东路军由脱脱不花率领，协和兀良哈部众攻掠辽东，西路军进攻甘州。中路军分两路南下，一路由知院阿刺率领，进攻宣府，围赤城。另一路由也先率领，直逼大同。
瓦剌铁骑来势凶猛，迅速向南推进。明朝守卫西北的将士，几次交战失利，急忙向京师请兵救援。根本不懂军事的王振，对瓦剌的军事进攻没有足够的认识，以为让英宗亲征，就能把瓦剌兵吓跑。便在明朝没有充分准备的情况下，怂恿英宗亲征，让英宗效仿宋真宗亲征的榜样，以便青史留下美名。英宗平日里对王振言听计从，这次也认为亲征是他大显身手的好机会，便不与大臣们商议，轻率地做出亲征的决定，并宣布两天后立即出发。英宗亲征的诏旨刚一颁布，满朝文武大吃一惊，劝阻无效。于是，在农历七月十六日，朱祁镇带领文武大臣，贸然起用五十万大军亲征，从北京、宣府浩浩荡荡向大同挺进。
农历八月，朱祁镇来到大同，这时，正赶上连日霪雨，大同明军缺粮受饿，加以连吃败仗，军心涣散，按军队实力，只要及时改善军队给养，振作起精神，作好部署和准备，明军仍然能够扭转败局。但是，朱祁镇昏庸至极，不听忠言，王振专横跋扈，不懂战术，不体贴下情，使明军士气低落，对战争失去信心。王振听到同党、大同守备太监郭敬述说阳高吃败仗的经过，吓得丧魂落魄，只怕瓦剌围攻大同。他极力劝说朱祁镇率师回京，结果，朱祁镇和五十万明军只在大同停留了三天，也没与瓦剌军队交战，就慌忙回师离开了大同。王振让朱祁镇从来时的宣府旧路撤退，结果，白白浪费了许多时间，给瓦剌军队造成追击的好机会。朱祁镇带领明军回到宣府旧路后，果然被瓦剌军队赶上。明军慌忙应战，一触即溃。恭顺侯吴克忠战败身亡。随后，成国公朱勇、永顺伯薛缓又以四万兵力与瓦剌军队大战于鹞儿岭（今河北涿鹿西北），吃了败仗。农历八月十三日，朱祁镇带领明军败退到土木堡（今河北怀来县西）。为了防止瓦剌军队的袭击，随军大臣们建议朱祁镇赶快退到怀来县城，固城自守，不要在此久留。王振不听大臣们的意见，坚持让朱祁镇与明军住宿在土木堡。第二天黎明，也先带领瓦剌大军追来，明军撤退已经来不及了，朱祁镇及随军文武大臣被围困在土木堡内。土木堡地势高旱，挖井二丈多深也不见水。土木堡南十五里有一条河，但水道又被瓦剌军队占据。明军经过长途转战，人困马乏，又饥又渴，人心慌恐，一片混乱。十五日，瓦剌军假装退兵撤走，王振不知是计，急忙命令大军迁营。当明军刚。刚行动，队伍乱作一团的时候，也先率领大军马上掉转方向，从四面突然向明军冲击过来，明军见到瓦剌军后，顿时行列大乱，争先逃走。瓦剌军冲入明军阵地。横冲直撞，使明军溃不成军，互相拥挤践踏，死伤数十万人，昏愚荒淫的英宗朱祁镇被瓦剌军俘虏，英宗的护卫将军樊忠万分愤怒，他一手抓住王振，一手抡起铁锤，大喊一声说：“今天，我要为天下人诛杀此贼！”说完，他把满腔仇恨都凝聚在铁锤之上，对准玉振的脑袋，狠狠地砸了下去。王振连哼叫一声都没有来得及，就脑浆四溅，像一摊泥似的倒了下去。王振这个祸国殃民的恶宦，终于落得个罪有应得的可耻下场。这就是历史上的“土木堡之变”。
朱祁镇被俘后，也先曾两次带着朱祁镇以索取金币为名，攻打大同。大同都督郭登识破了也先的计谋，曾两次设计，想夺回朱祁镇，袭击瓦剌军，但都没有成功。之后，也先又以送朱祁镇回朝为名，由大同、阳高卫向北京进攻。明军经过土木堡惨败后，北京驻军不满十万，士气不振，无心恋战。有的大臣主张迁都，不少王公贵族纷纷潜逃。在这危急关头，主战派于谦拥立朱祁钰为皇帝（即明代宗），杀死王振族党，抄没其家产。于谦又从各地调集兵马，招募民众抗战，派兵防守各处要隘，初步稳定了局势。也先带领瓦剌军来到北京城外时，于谦亲率领明军击败瓦剌军，取得京师保卫战的重大胜利，瓦剌被迫率军退往塞外。
土木堡之战，明军在军需粮草没有充分准备好的情况下，仓促出师，而且退守的时候没有战法，致使明朝的精锐军队伤亡过半，勇将重臣多人战死。英宗皇帝朱祁镇被俘更使朝野震动，明王朝遭遇到建国以来所未曾有的严重危机。