宣德元年，于谦仍为监察御史，他高身玉立，声如洪钟，每次奏对都得到宣宗的赏识。八月间，汉王朱高煦反于封地乐安州（今山东广饶），于谦随宣宗亲征。朱高煦是仁宗的亲兄弟、宣宗的亲叔父。在仁宗还是太子的时候，朱高煦就看不起他，常以秦王李世民自比，想取而代之。宣宗继位后，朱高煦又效法父亲来棣来夺取侄子的皇位。没想到宣宗听从阁臣杨荣的建议，御驾亲征，朱高煦心中惊慌，而且束手无策，城中人心瓦解，他被迫出城投降。宣宗命令于谦历数朱高煦的罪状。于谦出口成章，义正辞严，声色俱厉，朱高煦伏在地上，浑身战栗，口称万死。班师后，于谦不仅得到赏赐，更为宣宗所器重。
宣德三年（1428年），大学士杨士奇、杨荣荐举顾佐接替刘观为右都御史。顾佐对僚属要求极为严格，为了整饬吏治，他将三十多位御史予以或黜放、或降职、或罢职的处分，而唯独推重于谦。并奏准任命于谦为江西巡按。赴任之时，于谦写了《二月三日出使》一诗：
春风堤上柳条新，
远使东南慰小民。
千里宦途难了志，
百年尘世未闲身。
豺狼当道须锄珍，
饿殍盈歧在抚巡。
自揣匪才何以济，
只将衷赤布皇仁。
被人称颂的明代“仁宣之治”，也还有“豺狼当道”，“饿殍盈歧”。于谦出使的任务则是锄除豺狼，抚恤饥民。到任后，于谦明察暗访、秉公执法。不到一年，昭雪冤狱，有数百人获释。有一乡民被村中豪绅赖银350两，到官府告状，反被诬陷拘禁，蒙冤3年。于谦用捉盗手法予以辨明，使之昭雪，被人们称为“神明”。于谦致力整肃吏治，对贪污弄权者，严惩不贷，即是亲王权贵也无所顾忌。江西宁王朱权是朱元璋的第十七子，原封大宁（治所在河北保定），永乐二年改封江西南昌。王府属官，欺行霸市，为市廛害。于谦上章弹劾，王府僚属被斥革者就有15人。他兴利除弊，深得江西人民的爱戴。百姓齐颂其德，并将他的生主牌位立于郡学名宦寺内，四时奉祀。
宣德五年（1430年），河南、山西等地发生灾荒。内阁议奏，拟派大臣抚巡。宣宗亲书点名于谦担任此职。耀于谦为兵部右侍郎兼都御史巡抚河南。山西。九月份，于谦赴任。从此不断便服轻骑，出巡所属各地，咨访民隐，以经画兴利除弊为务。他是“三晋冲寒到，中州冒暑回”（《暑月将至太行巡汴》）。“朝在太行南，暮在太行北。”（《无题》）无论严寒酷暑，朝朝暮暮，往来奔波。从于谦的一些诗作的题目，也可以看出他历遍河南、山西各州县的情况，如《除夜宿太原寒甚》、《并州北门城楼》、《平阳道中》、《过荣阳》、《上太行》、《宿徐沟》、《过中牟鲁公词》、《汝宁怀古》、《黄河舟中》、《交城道中》、《夏日行太行山中》等等。甚至是过新年，他也是在外面巡行。如他在《元日寓大原分司独坐感怀》一诗中写道：
客中况味似枯禅，
岁月无情任转迁。
不是五更闻爆竹，
哪知今日是新年。
巡行中十分辛苦，晓行夜宿，贪早摸黑。早行的时候，“驿路径行三十里，漏声犹自报残更”（《以晓发太原》）。残更未尽，已经走出30多里之外了。夜间投宿很晚，所以“倦来不觉良宵短，明发从教去路长”（《夜宿山馆书怀》）。夜宿山馆，就是住在山村屋舍，其艰苦是不言而喻的。
巡抚的责任主要是考核地方官吏，抚恤穷困百姓。当于谦遍巡州县时，亲眼看到处处是一片凄惨的景象。“村落甚荒凉，年年苦旱蝗。老翁佣纳债，稚子卖输粮。”（《荒村》）偌大年纪的老农“恒产卖余无业次”，靠着替入做佣工来还债，卖掉稚子来完粮。到头来倚门苦叹，“可怜憔降百年身，暮暮朝朝一盂粥”，“民丁抽后子孙无”，“比邻逃尽少亲知”，田宅典尽，鸡豚卖绝，孤苦伶什，凄凉悲惨。
百姓的困苦，固然是由于天灾，但主要是地方官员的失职。于谦在《延津县》一诗中说道“叮堪官失职，况是岁伤和。空凛全无积，荒田更起科”。所以他一方面赈济百姓，一方面还要教育地方官员，惩治贪官污吏、村豪恶霸。
宣德六年（1431年），他上疏请求到赈款30万两，赈济河南、山西两地灾民下令对日分给，严禁经手官吏徇私克扣。并命地方粮库开仓散粮，使饥民赖以存活者数百万。同时，免除灾民的劳役、田赋；又议助两藩各地方籴储新粮，以备荒年；又将有些地区有存仓多年的余粮，减价粜给饥民、逃荒的难民；灾荒之年，瘟疫流行，于谦命设惠民药局，为百姓治病。宣德八年（1433年），天气久旱无雨，于谦深为忧虑，有时随俗斋戒祈雨，写下《祈雨义》、《祭蛤螟文》，甚至写下：
入春狂风大作，加以大无雨雪，因以自咎：
抚巡失政固予罪，
窃禄偷安心自愧。
愿移灾咎及予躬，
免使苍生受憔淬。
旱灾之后，义遭蝗灾，于谦到各地视察灾情之后，造使各地，令其督捕。并重申对灾区税粮宽恤。
河南为中州之地，四方行人甚多，路上无歇脚的地方，无水解渴。于谦上疏奏准在官道中筑高阜，道旁开沟堑，广植槐柳，供行人驻足休息。每1O里开掘一水井，供行人饮用。黄河流经两地，经常改道，泛滥成灾。经于谦上疏奏准修筑拦水大堤，并夹种树木，以固堤基。沿堤每5里设铺一处，专人巡守，如有损缺，随时修补，水患得以免除。于谦改革交纳税粮的办法，他上疏奏准缺粮区，税粮可折银交纳；有粮地区，或交银钞，或交粮，听民自便，不必一律折银交纳，官民都认为这种方法方便。当时在山西边境，有许多镇将，私役军车为其垦种大量私田，以中饱私囊。于谦上疏，尽夺其私田为军电田，其收获供边军官兵费用。
宣德十年（1435年），宣宗病故。英宗继位，第二年改年号“正统”。于谦仍为河南、山西巡抚。在巡抚任上，于谦十几年如一日，日夜操劳。对地方上兴利除弊事宜，不断上疏奏闻，一年或多至数十起。当时“三杨”（杨士奇、杨荣、杨溥）辅政，他们都是五朝元老，多谋善断，刚直敢言，深得重用。他们看重于谦的才识，常给予大力的支持，对于谦的奏疏常常是早朝奏上，夕即报川。于谦的勤政爱民深得百姓的爱戴。他在《路旁老叟》一诗中曾这样写道：
衰残满冀升平日，
饥困仍逢旱涝时。
见说朝廷宽赈恤，
也来叩首拜恩私。
于谦把对百姓的抚恤，看成是朝廷的宽仁，而百姓却记住了他的恩德。因为那时许多的官员只知“剥民脂膏”，根本“不肯报灾伤”，真乃“于今多少闲狼虎，无益于民尽食羊”，他们的作为与于谦相比，势同天壤。所以，百姓怎能不痛恨贪官，而感激于谦的恩德呢！
正统四年（1439年），于谦进职为兵部左侍郎，仍兼巡抚。正统六年（144I年），于谦遭太监工振及其爪牙的诬陷，于三月初下狱，五月中旬获释，降调大理寺少卿。不久，仍复巡抚职。正统十二年（1447年），于谦的父亲病故，他泣请回乡宁制，而朝廷不准。令有关部门办理丧葬事，遣行人汪琰谕祭。于谦回乡参加葬礼，事毕即返回京城，恢复兵部左侍郎的职务，留部理事。第二年，于谦的母亲又亡故，他再一次请求回乡守制，朝廷国为边防军事紧张，又未允准。于谦在埋葬母亲之后，返部理事，又进兵部左侍郎。
四保卫京师
正统十四年（1449年），发生“土木之变”。
英宗继位时只有9岁，他把曾在东宫伴他读书的太监王振，提拔为司礼监太监。王振是山西蔚州（今蔚县）人，少年时自阁进宫，被选入内书堂读书，后又被派往东宫侍候太子。他为人狡黠，善于逢迎，深得英宗宠信，甚至不直呼其名，而称他为“先生”。司礼监是明朝宫廷里24个宦官衙门中最重要的一个。它不仅掌管皇城里的礼仪。刑事，而且更重的是替皇帝管理内外一切奏章，代皇帝批答公文，秉笔太监还记录皇宰帝口授命令，再交内阁拟诏谕颁发，是一个极为重要的部门。司礼监太监常常欺上瞒下，在为皇帝批答奏章和传达皇帝命令时，以己意加以歪曲、篡改，以此蒙蔽驾空昏庸的皇帝，威慑百官，来达到自己专权的目的。王振入掌司礼监之后，倚仗英宗的宠信，开了明朝宦官专权之端。
英宗即位之初，由太皇太后张氏听政，她为人精明，把政事委托于“三杨”等正派能干的元老重臣，有许多大事还亲自过问，曾令女官将刀搁在王振的脖子上，不准他过问政事。虽然王振受到这样的制约，但由于他地位的重要，一些阿谀媚、趋炎附势之辈，还是投靠在他的门下。正统七年（1442年），张太后病故。“三杨”中的杨荣、杨士奇也相继病故，杨傅又年老多病。王振便肆无忌惮，为所欲为起来。他首先摘掉宫门上那块禁止宦官干预政事的铁牌，又大兴土本营建府第；他卖官鬻爵川文受贿赂；招降纳叛，结党营私；排除异己，陷害忠良。王振如此专横奸险，昏庸的英宗反以为忠诚，即使长大成人之后，还仍然执迷不悟，对他恩宠倍加。
在王振奸党的扰乱下，明朝北方的边防受到严重的削弱。首先是军屯制度遭到破坏，边镇的亲王、太监和将官侵占军士的屯田，并奴役士卒替他们耕种。失去屯田的士卒，仍然要交纳额粮和税收，军士们受不了这样的剥削和虐待，常常逃亡。王振为了满足自己的私欲，不惜与蒙古贵族勾结，大量进行走私，甚至命令他的死党、镇守大同的太监郭敬，私造箭镞换取瓦刺的良马。
也先统治下的瓦利，常欺负软弱无能的明王朝。按原来的规定，瓦刺每年到明朝的贡使不得超过50人。至正统间，他们贪图明朝的赏赐，贡使人数逐年增加，以致增至2000余人。而且诱胁鼓动其他蒙古部落，一起向明王朝邀赏。如果没有满足他们的要求，他们就在边境制造事端。王振为了讨好瓦刺，以求得边境的安宁，对瓦刺的贡使有求必应，优厚赏赐。因此，明朝在这方面耗费的财物与岁俱增。正统十四年（144年）春，瓦刺派贡使2000人到北京，为了多领赏物，竟冒称3000人。这一次王振不仅不准给冒称的人数赏赐，忽然又削减马价五分之四。这位引狼人室于前，又轻举妄动于后的王振，惹恼了也先，于七月诱胁蒙古其他部落一起进攻明朝，他自己亲率人马进攻大同。
紧急的边境警报接二连三地飞向北京。贪鄙的王振并不懂军事，却妄想挟持英宗亲征，希冀侥幸取胜，且可以冒滥边功。英宗只听信王振的话，决定亲征。举朝上下听说皇帝要如此仓促的亲征，十分震惊。兵部尚书邝野及兵部左侍郎于谦等人，都极力劝阻，但英宗征意已决，谁说也无用。英宗命令自己的弟弟郕王朱祁钰留守北京，他于七月十六日与王振、邝野等率军50万匆匆开出北京。
明军出居庸关。过宣府，未到大同军中已经缺粮，士兵饿死的甚多。加以连日风雨，军心动摇，随驾的官员都力劝英宗返驾回京。王振对此十分恼火，竞罚官员竞日长跪荒草中。也先看到英宗御驾亲征，为诱军深入，就佯装后退。不明军情的英宗于八月一日到达大同。在大同英宗与王振听到前方明军已经全军覆灭的真情后，惊恐异常，才慌忙决定撤师回京。也先听说英宗要撤退，率军紧追不舍。八月十三日，明军经过迂回曲折，逃到土木堡。这里离怀来城仅20里路，英宗本应进城驻守，而王振因为自己的辎重车辆千余部未到，不愿进城，也留英宗进驻土木堡。兵部尚书邝野看到形势十分危急，他力请英宗迅速入关，留重兵殿后，以保安全。可王振拒不采纳。十四日，也先部队包围了土木堡。十五日，瓦刺骑兵趁明军移营取水，突然从四面八方冲杀而来，将英宗俘虏。明军溃败如决堤洪水，不可遏止。护卫将军樊忠，看到这一切后果皆由王振而起，怒不可遏，一铁锤将王振砸死。这就是明史上的“土木之变”。这一仗，明朝从征的50几位官员全部战死，士兵死伤几十万。也先押着明军的20几万的骡马和辎重，带着英宗皇帝，退兵返北而去。
八月十七日，当土木惨败、英宗被俘的消息传到北京后，朝廷百官一片惊慌，聚集在殿堂号陶大哭。皇太后下诏立英宗长子朱见深为太子。但是太子年仅两岁，在这内忧外患日趋严重的形势下，他是不能登上皇帝宝座处理国事的。于是，又命郕王监国，总理国政。
郕玉召集群臣讨论战守之策。有人竞主张以迁都来躲避瓦刺的侵扰。翰林院传讲徐理首先站出来说什么据夜观天象，惟有南迁可以纾难。遭到另外一些大臣的反对，特别是于谦严厉斥责南迁的主张。他说：“言南迁者，可斩也。京师天下根本，一动则大势去矣，独不见宋南渡事乎！”（《明史·于谦传》）都王很赞许于谦的意见，决定坚守京师。当时北京的精骑劲旅都在土木战役中覆灭，剩下的老弱病残不到10万人，上下人心震恐，坚守的意志未定。经郕王批准，于谦将两京、河南的备操军，山东及南京沿海的备倭军，江北及北京诸府的运粮军，全部调进北京驻守，并亲为筹划部署，防守加强，人心才稍为安定。于谦被迁升为兵部尚书，担任起保卫京师的重任。
八月二十三日，硼王召集群臣议事。群臣恼恨王振一伙是土木之变的祸根，联名上书，要求诛灭王振家族。王振的死党太监马顺却站出来，呵斥群臣，为王振辩护。群臣震怒，给事中王竑当场揪住马顺，痛打致死。接着又将另外两名王振死党击死，并将王振的侄子王山捉来。宫廷内外怒声汹汹，一片混乱。都王从未经过这种阵势，心中惊恐不安，欲逃入后宫躲避。于谦在混乱中，不顾个人安危，从纷乱的人群中挤过去，阻止郕工说：不能离去，众臣痛恨王振，故有此举，若宣布大家无罪，混乱自会安定。郕王立即宣布：“（马）顺等罪当死，勿论。”又宣布族灭王振一家，风波随即平息下去。混乱中，于谦的袍服尽被撕裂。退出左掖门，吏部尚书王直拉着于谦的手说：“国家的安危全依赖的是您啊，如今日之事，有一百个王直，也难以平息！”在当时，于谦临危不惧，稳定大局，赢得朝廷上下的信任与倚重，于谦也以社稷的安危为己任。
英宗被俘，太子年幼，国家无主，难以安定。于谦等朝臣，从国家利益出发，请求皇太后立郕王为帝。郕王顾虑英宗未死，怕人心不服，推辞再三。于谦正色说：“臣等诚忧国家，非为私计。”郕王这才接受，于九月登极为景帝，第二：年改元“景泰”。尊英宗为太上皇。
为保卫京师的安全，于谦做了周密的策划部署。他料到瓦刺俘虏了英宗，必定轻视明王朝，长驱南下，于是整饬诸边守臣，要他们协力防遏；在京师分道募民兵，令工部修造兵甲器械；造都督孙镗等人分兵守九门要道，列营城外；命都御史杨善等人，将京城附近的居民迁至城内；命令官军多关支通州的积粮，决不能留给敌人；并选任了文臣武将。而他自己则向景帝保证：“至军旅之事，臣身当之，不效则治臣罪。”（《明史·于谦》）景帝对他积极的防御措施，深为满意，敕令于谦提督各营军马。
十月初，也先挟持英宗率军南下，攻破了紫荆关（今河北易县西北）后，直向北京扑来。于谦率诸将官及军队22万，分别列阵九门之外，然后将城门紧闭。他亲自在城外督战，并与部将石亨等列阵德胜门外，阻挡也先。命令：无论将领和士卒，临阵脱逃者，皆处斩刑。将士皆知无退路，遂奋勇杀敌，与京城共存亡。