蒙古瓦剌部首領(lǐng)也先在土木堡戰(zhàn)役中大敗明軍，之后，浩浩蕩蕩率軍進(jìn)攻北京。當(dāng)時明朝最有戰(zhàn)斗力的部隊、精銳的騎兵都已在土木堡失陷，北京幾乎是一座不設(shè)防的城市。兵部緊急調(diào)南北兩京、河南的備操軍，山東和南京沿海的備倭軍，江北和北京所屬各府的運糧軍，馬上開赴京師。就這樣也才湊了20萬人，且大多沒有多少戰(zhàn)斗力。面對強(qiáng)敵，兵部侍郎于謙斷然下令：將領(lǐng)不顧軍士自己先后退的，斬將領(lǐng)；軍士不顧將領(lǐng)先后退的，斬軍士；部隊集體逃跑的，后隊斬前隊。在這樣嚴(yán)厲的軍令面前，將士們都抱著拼死抵抗的決心。于謙命令大將石亨在德勝門找了一排空屋子，秘密安排神機(jī)營隊員帶著火器埋伏在屋子里。

神機(jī)營是什么營？明朝禁衛(wèi)軍有三大營，分別是五軍營、三千營和神機(jī)營。神機(jī)營是明朝軍隊中專門掌管火器的特種部隊。這個部隊，對外可征戰(zhàn)，對內(nèi)可保護(hù)京師，這是由中央直接指揮的機(jī)動部隊。神機(jī)營共有5000人，其中，步兵有3600人，全部配備火銃；炮兵有400人，配備野戰(zhàn)重炮160門、大連珠炮200 桿，還有炮兵防身用手銃400 桿。另外還有騎兵1000人。這是中國乃至世界上最早的獨立槍炮部隊，比西班牙的火槍兵還要早100年。安置好神機(jī)營之后，于謙叫一些騎兵故作悠閑散漫，稀稀拉拉，三三兩兩地東游西逛。也先看到這個情況后，急忙派遣一萬騎兵，迅速攻向德勝門。當(dāng)瓦剌騎兵逼近德勝門時，只聽槍炮齊鳴，硝煙四起，密集的槍彈和炮彈從空屋子中噴射而出。

神機(jī)營采用三段式的射擊方法，即：把士兵分為3排，首先射擊的是第一排處于隊列1、3、5、7、9、11等位置的士兵；緊接著是處于隊列2、4、6、8、10、12等位置的士兵射擊。第一排的士兵在每一次射擊之后，馬上把空槍遞給中間一排的士兵，并從中間一排的士兵手中接過裝好彈藥的神機(jī)銃。中間一排的士兵從第三排士兵手中接過已經(jīng)裝好彈藥的神機(jī)銃，快速遞給第一排士兵，同時，將從前排士兵的手中接過的空槍遞給第三排士兵。第三排士兵主要任務(wù)是裝彈藥。這樣一來，就保證了可以對敵人連續(xù)不斷地射擊，使敵人沒有絲毫喘息的機(jī)會。發(fā)明這種方法的是明朝初年的名將沐英。此法領(lǐng)先世界200多年。

瓦剌兵哪里會料到，空屋里會暗藏機(jī)關(guān)。剎那間，瓦剌兵被炸得人仰馬翻，鬼哭狼嚎。不一會兒，便死傷慘重，只得狼狽逃跑。他們回頭又直沖向西直門，誰知還沒站穩(wěn)就遭到迎頭痛擊。他們又沖向土城，那里的居民爬到屋頂上，將磚頭、石塊扔向瓦剌兵陣營。瓦剌兵沒占到一點兒便宜。明朝大軍迅速趕到擊潰了他們。雙方接連戰(zhàn)斗多次，每次都是以瓦剌兵的失敗結(jié)束。也先待了5天，沒撈到一點兒好處，他擔(dān)心明朝的援軍趕到，不敢戀戰(zhàn)，只好灰溜溜撤兵回了大漠。就是在他撤兵途中，也被于謙一路追打到紫荊關(guān)。