八月十三日，朱祁镇正要离开宣府时，夜不收飞报瓦剌骑兵紧追其后，朱祁镇下令原地扎营，派恭顺侯吴克忠断后拒敌，但被瓦剌人击毙。
傍晚，听到败报的朱祁镇又派成国公朱勇、永顺伯薛绶带领官军四万迎战，在鹞儿岭全军覆没。
八月十四日，朱祁镇抵达土木堡，其时尚未黄昏，随征众臣建议到南面二十里的怀来城中坚守，王振却以千余车辎重在后为由决定驻师以待。
驻营地高而无水泉，掘井二丈仍不见水，将士在饥渴状态下战斗力丧失殆尽。
当天，瓦剌骑兵自土木堡旁麻峪口攻入，虽有守将郭懋抵抗一晚上，但无济于事。
八月十五日，朱祁镇准备启程，发现自己已陷入两万瓦剌骑兵的重重包围之中，明军无力突围，只好坐待援军。
期间，瓦剌使臣来营议和，朱祁镇急召学士曹鼐起草敕书，并遣通事二人与瓦剌使臣一起去见也先。
王振以为瓦剌退兵，便移营接近水源，回旋之间，行列已乱，明军争先奔进，瓦剌骑兵趁机攻击明军，明军大败，损失大半，朱祁镇与与亲兵乘马突围，反被瓦剌军俘虏。
张辅以下五十多名勋贵大臣死于乱军之中，而王振亦死于乱中（据传为朱祁镇的护卫将军樊忠所杀），是为土木之变。
朱祁镇被俘后，被带去雷家站见也先之弟赛罕王。
朱祁镇问他是也先还是他的弟弟伯颜帖木儿、赛罕王或大同王。
赛罕王由此判断他可能是明朝皇帝，派人汇报也先，也先派两名曾出使过明朝的使哈巴国师和哈者哈里平章去辨认，二人回报确系明帝。
也先闻讯大喜，认为“大元皇帝一统天下”的夙愿即将达成，询问群臣如何处置朱祁镇，乃公认为明朝皇帝是“大元”的仇人，要求杀死，伯颜帖木儿则认为朱祁镇能在乱军中毫发无伤是得天佑，不可杀死，并力主送回。
也先只同意不杀朱祁镇，但决定挟为奇货，以便攻取北京，便将朱祁镇送到伯颜帖木儿军营看管，由三名在瓦剌的明朝武官袁彬、哈铭（杨铭）、李成（沙狐狸）伺候。
八月十七日，也先就挟持他来到宣府城南，要求守将杨洪等迎驾，被守军拒绝。
八月二十一日，也先挟持朱祁镇叫开大同城门，又被郭登拒绝，朱祁镇只好索取朱冕、宋瑛及宦官郭敬的家产分送也先及其弟伯颜帖木儿，到二十三日才离去。