荆关御敌，但军队还没有开拔，紫荆关已经失守，孙镗大军便临时停在北京城外。但此刻孙镗驻扎在西直门外大营的不过五百多人，手下大部分明军都驻守在良乡、涿州一带，远水解不了近渴。孙镗见瓦剌败军到，亲自率军迎敌，斩瓦剌军前锋数人。瓦剌军新挫，竟然被孙镗五百人杀退，往北退去。
孙镗见敌众我寡，不敢追击，退军到西直门下，要求西直门守将打开城门，放他进去。西直门城上守将是都督王通和都御史杨善。杨善原为礼部左侍郎，扈从英宗皇帝亲征，侥倖从土木堡之变中逃脱，此次再上战阵，肩负守城重责，不敢轻易做主。吏科给事中程信奉旨在西城监军，坚持闭门不纳孙镗，以免给瓦剌以可乘之机。
此时，瓦剌一队人马杀到，程信只下令从城上用枪炮遥击瓦剌军，为孙镗助威助战。
孙镗见已经没有退路，只好率军与瓦剌在城下拼力血战。然而，瓦剌军有数千人之多，数倍于孙镗军，敌强我弱，实力对比悬殊。眼见孙镗就要不敌的时候，明都督高礼、毛福寿等率军从南面赶来助战。西直门外激战更急，双方混战在一起厮杀。混战中，明都督高礼身中流矢。孙镗军死伤渐多，有些抵挡不住，被瓦剌军四下围住。明军被逼着后退，战阵渐渐逼近西直门城门。
危急时刻，总兵官石亨与侄子石彪率援军赶到。石亨的兵器是一把大刀，石彪则使巨斧，叔侄二人所用都是重兵器，所向披靡。瓦剌军领教了厉害，立即望风而逃。这时候已经是黄昏，天光渐暗，石亨下令收兵，没有继续追击。
十月十四日，在德胜门和西直门遭挫的瓦剌军又进攻彰义门[8]。于谦命副总兵武兴、都督王敬、都指挥王勇率军迎战，主动出击。明军前队用神铳火器衝锋，后队列弓弩短兵继进，挫败了瓦剌军的前锋。
但明景帝派来的监军太监想要争功，领着数百骑驰马抢前，明后军因而阵乱。瓦剌军乘势反击，总兵武兴不幸中流矢而死，明军受挫败退。瓦剌军追击明军到土城，当地居民舍生忘死，登屋号呼，投砖石阻击瓦剌军。情势危急之时，佥都御史王竑和副总兵高礼、毛福寿率领的援兵赶到，瓦剌军仓皇撤退。
前几次交锋，均以瓦剌军大败告终。然而，瓦剌军元气未失，集结在德胜门外土城关一带的军队还有三万之多。但明军亦有占先之处，有着当时世上无可比拟的火器优势。
早在元朝时，中国便有了火炮，即世所称“襄阳炮”，因首先在襄阳使用而得名[9]。此炮并非火炮，而是巨型投石机，威力巨大，为后世所重视。燕王朱棣发动靖难之役时，攻城略地，往往赖火炮建功。
这里面，还曾经发生过一则颇为有趣的故事。燕军南下进攻济南的时候，围城三月而不能下，朱棣便下令用火炮轰城。当时守济南的是山东布政使铁铉，见燕军火炮厉害，便製作了许多大木牌，上书“太祖高皇帝神牌”，挂在城头。朱棣若继续开炮，便是轰了自己父皇的牌位，无奈之下，只好下令停止轰击。
朱棣当上皇帝后，在平定安南的战争中，获得了製作“神机枪炮”的方法。此枪炮威力令人耳目一新，非旧式火炮可比，朱棣特设“神机营”，成为明军中的炮兵部队，并在明军与蒙古的数次交锋中发挥了重要作用。
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