8月15日，明军企图回撤，但军队尚未出发，就不断遭到瓦剌骑兵的窥伺以及绕营的骚扰。为了避免出现意外，明英宗停止了撤退，双方派遣使者进行和谈。
瓦剌的领导人非常聪明，他们抓住明军企图撤退却又担心受到袭击的矛盾心理，假装撤围，让开通往京师的道路。明军果然中计，将士们迫不及待地离开宿营地前往低洼之处寻觅水源，以解焦渴。大家都想尽快离开土木堡这个干旱得冒烟的鬼地方，动作灵活的人从后面赶上，挤压着前面步履蹒跚的人，好像农夫争先恐后地赶集一样，局面渐渐失控，陷入了无组织状态。
瓦剌肯定不会放过这么好的破阵机会，他们的骑兵从远方迅速杀回来，四面冲击。明军一触即溃，兵败如山倒，很多人毫无还手之力，引颈就刎。
此役明军几乎伤亡殆尽，明英宗突围不出，下马据地而坐，最后被俘。而倒行逆施的王振早已触犯众怒，在混乱中被护卫将军樊忠用锤子打死。据不完全统计，在土木堡战死的高官显要有英国公张辅、奉宁侯陈瀛、驸马都尉井源、平乡伯陈怀、襄城伯李珍、遂安伯陈埙、修武伯沈荣，还有都督梁成、王贵，尚书王佐、邝，学士曹鼐、张益，侍郎丁铉、王永和以及副都御史邓等数百人。
瓦剌军队打扫战场，搬走了明军抛弃的堆积如山的辎重，胜利转进。事后，宣府总兵杨洪带人来到土木堡旧战场，还拾得3800余顶头盔、120余副甲胄、290余面圆牌、2.2万余把神铳、44万支神箭、800个大炮。特别要注意的是，瓦剌竟然没有搬走明军遗下的46万件火器，这可能意味着精于骑射的瓦剌人，尚未习惯使用火器。
杨洪将1万把神铳、25.8万支神箭、540个大炮拨给宣府、万全、怀安、蔚州等卫，加强边防。其余的1.6万把神铳、18.2万支神箭、260个大炮，则发往万全都司贮藏。
就这样，曾经名扬天下的京师三大营从此威风扫地，一蹶不振，后来虽然建制得到重组，但战斗力一直未能恢复过来。
兵多将广的京营在土木堡为什么败得这样惨？原因有很多，除了上述所说的日渐腐朽，积重难返之外，还与明军统帅部忽略神机营，指挥不当有关。
