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唯有于谦、陈循、王直坚决反对，主张保卫京师为天下根本。于谦临危受命，任兵部尚书，担负起了全权指挥北京保卫战的重任。
于谦紧急调动两京、河南的备操军，沿海的备倭军，江北及北京诸府运粮的官军，以及浙江兵来到北京，使京城兵力由数万人迅速增加到22万多人，形成了在兵力数量上对瓦剌军队的优势。
面对强敌，于谦还果断下令：将领不顾部队直接先后退的，斩将领；士兵不顾将领先后退的，后队斩前队。
瓦剌大军临近北京城前，于谦命大将石亨在德胜门城外找了一排空的民房，在里面秘密安排神机营部队埋伏好，然后派遣少数骑兵佯装战败以引诱敌人。
也先果然中计，亲率精骑万人穷追不舍。等瓦剌骑兵进入埋伏圈后，于谦一声令下，明军开始反击。只见神机营火器齐发，枪炮齐鸣，密集的枪弹和炮弹从空屋子里射向敌军。
瓦剌骑兵哪里会料到，空屋子里会暗藏机关，刹那间，瓦剌骑兵被攻击得人仰马翻，死伤无数，惨败而归。也先的弟弟孛罗、平章卯那孩等将亦中炮身死。
神机营射击采用的是三段式的射击方法，即把士兵分为三排，首先射击的是第一排处于队列第1、3、5、7、9、11等位置的士兵，紧接着就是处于队列2、4、6、8、10、12等位置的士兵射击。
第一排士兵射击之后，马上把空枪递给中间一排的士兵，并从中间的士兵手中接过装好弹药的火铳。中间一排的士兵从第三排士兵手中接过已经装好弹药的火铳，快速递给第一排士兵，同时，还将第一排士兵递回来的空枪递给第三排的士兵，第三排士兵的主要任务就是装弹药。
这样一来，就可以保证对敌人连续不断地射击，使敌人没有喘息的机会，无法冲锋到自己的阵地前沿。
发明这种射击方法的是明朝初年的开国名将沐英，这一射击方法领先世界200多年。
据记载，沐英在征讨土着首领思伦发的时候，思伦发组织了上百头大象进行攻击。沐英使用火器对付大象这种野兽兵种时，感到火药装填速度太慢，于是改进了射击方式。
沐英把少量火枪手和弓箭手混编，摆出前后三队火枪手、神箭手。当大象临近时，第一队火枪手、神箭手猛烈射击，然后退至队伍后专心装填弹药；如果象阵不退，第二队再射；仍不退，第三队继续跟上。
明军火枪、强弩连续不断地齐发，大象有受伤的，有受惊的，纷纷惊慌回逃。明军遂获得胜利。
也先率领瓦剌骑兵连续数日攻城，都以失败而告终，也先担心明朝的各路援军赶来，唯恐后路被切断，他不敢恋战，围了北京五天之后，又撤退回了大漠。
在明军的基础上，白马军也建立了自己的火枪营。装备的除了明军已有的火枪，并加以改进，射程增加了，火力加重了。
最主要的是任务变了，以前明军的火枪兵是以防守为主。现在的种花家的白马军以进攻为主。配合战车对敌人实行斩首，擒贼先擒王。