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也先自大同东进以后，于十月四日到达紫荆关北空地。五日，投降瓦剌的内官喜宁率领也先部前哨进入紫荆关北口。明军严阵以待，与蒙古军相持四天，蒙古军一直无法突破明军正面防线。但是，当时的紫荆关尚不完备，还有很多能通往关内的小路。加上由于明帝国建国几十年来从来没有蒙古军能侵犯至此，所以这里武备松弛，军士战力不堪。土木堡之变后，景泰帝下旨堵塞山口，但是在那么短的时间内，明军不可能将可通人马的隘口完全封堵，紫荆关依然像筛子一样四处漏防。虽然紫荆关先后有于谦调遣的一万二千余人把守，但是由于可通人马的隘口众多，守军分散防守，再加上太过仓促，所以当也先攻打主关口时，守军到达自己岗位的人还不到十分之一。也因此，在也先凌厉的攻势下，守军纷纷溃逃。就在这一危急关头，山东都指挥同知韩青奋力挥舞帅旗，招得劲骑百余，晓以忠义，仅率领百余骑兵，纵骑驰突，与瓦剌军大战于升儿湾，并手刃数名蒙古军。韩青的骁勇成功地吸引住了敌军，引得蒙古军纷纷来战。韩青在乱军之中突中流矢，却仗剑屹然不动，居然自午时战至申时，打了将近四个小时，而且明军不但没有崩溃，反而“转战益力”。之后蒙古军凭借人数优势围之数重，想要招降韩青，不料韩青勃然大怒，破口大骂道：“我背忠义而狥汝乎！”说罢便引刀自刎。韩青死后，右副督御史孙祥又率领未奔逃的残兵凭关坚守长达四日。最终蒙古军眼见无法正面突破紫荆关，便找到还未封堵的其他道路，绕到守关明军背后。腹背夹攻之下，明军逐渐不支，紫荆关遂破。关破后，孙祥并未奔逃或投降，而是再次督兵与敌人展开巷战，最终因寡不敌众，力战殉国。韩青、孙祥二人自始至终保全了对国家的忠诚，用自己的生命为北京换来了宝贵的四天时间。
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◎紫荆关长城及地势
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十月初九，也先所部突破紫荆关，至京师的路线再无一点障碍。也先纵骑狂奔，两日行二百余公里，在十月十一日到达了卢沟桥，这是北京保卫战的开始。而此时的明军，已不再是之前的狼狈之师。
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从八月二十日开始，大约前后五十日的时间里，于谦一共调整将领约六十人。因为土木堡之败而被关入大牢的杨洪和石亨被重新起用，这二人是北京保卫战的灵魂人物。此前，在紫荆关死战的硬汉子韩青也是在于谦的任命下赶往紫荆关的，可见于谦看人颇为准确。
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◎于谦画像
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于谦的另一个措施是加固城防并在北京城外设置障碍物。明军于城上、城垣、堞口新设门扉一万一千有余，沙栏五千一百余丈，以阻击瓦剌军。
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于谦最重要的措施就是调兵。在五十天的时间里，于谦一方面整顿京内残兵，一方面调集备倭军及河南、山东备操军入卫，并且从通州的粮仓筹备了足够的粮草以补给军需。这些工作都在五十天内完成，不得不说是一场浩大的动员运动。终于，在紫荆关被破前夕的十月初八，于谦将一切安排妥当，可见孙祥及韩青的坚守是多么重要！
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当时于谦在京师九门一共部署了二十二万大军。总兵官武清伯石亨守于德胜门，都督陶瑾守于安定门，广宁伯刘安守于东直门，武进伯子朱瑛守于朝阳门，都督刘聚守于西直门，副总兵顾兴祖守于阜成门，都指挥李瑞守于正阳门，都督刘得新守于崇文门，都指挥汤节守于宣武门，皆受石亨节制。于谦身为北京保卫战的最高指挥者，亲自披挂甲胄，晓以忠义，诸军感泣，战力高昂。随后于谦又下令关闭京师城门，以示背城死战的决心。
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土木堡之战以后，也先认为明军皆不足惧，认为明军主力在土木堡被消灭，明帝国京城旦夕可破，于是不顾攻打紫荆关后士卒疲惫，需要休整，竟然两日急行二百公里，让瓦剌铁骑人困马乏，军队士气受到很大影响。疲惫的也先部看到严阵以待的明军，士气更为低落。针对这种情况，“叛阉”内官喜宁再次动起了脑筋。他唆使也先让明朝大臣前来迎驾，索金帛以万万计，又邀于谦及王直、胡濙等出议。但是明帝国只派遣了官职低微的王复、赵荣朝见明英宗，以示绝不妥协之意，“也先气益沮”。和谈的可能彻底破裂，战争不可避免地开始了。也先开始通过紫荆关向北京方向集结主力。
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十月十三日，北京保卫战正式开始。战斗首先在德胜门外打响。也先军先以小股骑兵窥探德胜门，于是于谦在德胜门外两旁空房内设伏，并先派遣数骑迎战，佯装败走，诱敌深入。也先军中计，派遣万余骑兵直追，此时道路两侧空房内伏兵骤起，击发神炮火器，也先骑兵力不能敌，只得撤出德胜门。德胜门之战明军虽然击退了也先军，但是明显没有对瓦剌造成巨大的杀伤。瓦剌在撤出德胜门以后，马上南下至西直门。孙镗前往抵抗，甚至手刃瓦剌前锋数人。此后也先军佯装北撤，孙镗中了也先军的计谋，追了出去。随后瓦剌增兵包围孙镗，孙镗力不能敌，且战且退，重新退到西直门，想要入城。但守城官程信严守于谦的命令，坚决不许孙镗入城，只是命令城头守军发箭炮协助孙镗。孙镗只得抱着必死成仁的决心与瓦剌军死斗。俗话说天无绝人之路，最终高礼和毛福寿前来救援，不久石亨也分兵前来救援，瓦剌退兵了。
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十月十五日，王敬、武兴率领部众列阵与也先军战于彰义门。武兴以神铳列于前，弓矢短兵次之，报效内官数百骑列于后。连太监都骑马上阵，可见明军临时拼凑的成分。也先军到来后，明军以神铳轰退了也先军。不料敌军刚一后退，内官报效者就为了争夺战功，纷纷跃马而出。虽然临时征募的内官队伍漫无军纪也在意料之中，但是这对明军造成了致命的伤害。因为报效内官骑兵的乱冲，也先军见有机可乘，乘势杀回。明军阵破大败，被瓦剌军一路追逐至土城下，都督武兴中箭战死。紧要关头，王竑与毛福寿急忙来援，也先军眼见无力攻下北京，明军勤王大军又渐渐接近京师，不得已率军退出北京地区。
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明帝国边防史：从土木堡之变到大凌河血战 [:1700122309]
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明帝国边防史：从土木堡之变到大凌河血战 得归者十之二三
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也先军的退军路线十分值得解说。根据《明实录》记载，在也先退却的同日，即十月十五日，居庸关遭到了鞑靼之未入关者（即阿剌知院）三万余人的攻打。如前面所说，撤军的也先同样加入了攻打居庸关的战团。史料记载“十五日，虏去。伯颜帖木儿奉上皇出紫荆，也先出居庸攻关共五万余人”。然而此记载中伯颜帖木儿先奉明英宗出紫荆关当为谬误，因为根据《西关志》，也先在进攻居庸关不力以后才“转寇紫荆”，可见也先军并没有先过紫荆关。那么就是说，当时居庸关被外部的阿剌知院和内部的也先共八万余主力攻打，战况十分惨烈。当时守卫居庸关的守将为副都御使罗通，罗通据城固守，视死如归。在瓦剌两部猛烈的攻打之下，居庸关西南隅栅突然颓圮，罗通急命老弱浇水灌城，当时天气寒冷，滴水为冰，冰城立成，吓得瓦剌军不敢靠近。僵持七日后，居庸守将潘成、赵玟认为，居庸关兵力不足，守军以客军和募兵为主，长此以往，居庸关一定会沦陷，与其坐以待毙，不如奇兵巧出，歼敌于不测。于是明军选择了夜袭。明军观察到，瓦剌军夜间休息时，二人共宿一革囊，睡于两马之上。这样一旦有警，只要有一人惊醒，就会连带叫醒第二个人，并且快速上马。瓦剌军夜晚宿营的时候用精锐重装骑兵将其他军队围在当中，以为屏障。另外每骑随一犬，有警则以犬吠为号。如此小心谨慎的军事部署，若要夜袭瓦剌大营，以明军现有的兵力，实为不易。于是罗通煮了不少熟羊肉，然后下药。在后半夜的时候，罗通命令“夜不收”悄然靠近瓦剌军边缘，持羊肉投喂恶犬。狗吃了下药的羊肉，纷纷中招倒地不起，明军用石块掷之，活狗已然成了死狗。于是明军用绳索连套铁骑马足，使其不能任意奔走。一切准备就绪之后，胜利女神慢慢偏向明军的一边。
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准备充分的明军主力悄悄打开居庸城门，涌入瓦剌军营。在瓦剌军毫无准备的情况下，明军环绕也先军大营，突然举火鼓噪，杀声震天，并举火炮四面乱击。迷迷糊糊不知道发生了什么事情的瓦剌军大惊失色，纷纷准备上马迎战。然而正在休息的战马受到明军火把、鼓噪和大炮的惊吓，变得狂躁而不受控制。战马嘶鸣，咆哮跳跃，欲要脱离此地，殊不知越是跳跃挣扎，明军套在马足上的绳索收缩得越紧，使得被裹在重装骑兵内部的瓦剌人更加无法突围。明军眼见时机成熟，纷纷架炮轰击外围瓦剌铁骑，瓦剌军人马在铁骑圈内自相践踏，死者数千，蒙古军大溃。明军乘胜追击，三战三捷，俘虏瓦剌军统帅那吉帖木儿，斩夺人马盔甲以及弓箭数以千计，并夺回了瓦剌军所掳掠的京师城外居民。居庸关内的也先主力溃散后直奔紫荆关，居庸关外阿剌知院部也远遁，居庸关之围遂解。但也先没想到的是，他的噩梦还没有结束。由于在居庸关耽误时间过多，明将石亨的追兵在也先溃逃时正好在紫荆关追上了他。也先军当时新败，军心本就不稳，也先亦惧怕石亨的追击。石亨利用他的这种心态，派遣间谍假意投降，到也先军营中，对也先说，石亨尚未至阵中，如今在阵中的统帅是假石亨，是来震慑你的军心的。也先因为刚刚战败，判断力下降，听信了明军间谍的话，率军来攻石亨。石亨趁着也先掉以轻心的好机会，率领石彪并精骑数十名，突然奋声大呼，直贯也先阵中，左右驰突，如入无人之境。
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◎居庸关长城
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◎居庸关城楼
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这里要说明一下为什么石亨能用小股人马直突也先阵营。因为两军对阵中，阵形已经布下，如果有小股敌军在己方所料未及的情况下突入，低级指挥官没有上级命令不敢擅自脱离大军阵形，而指挥万人的高级指挥官很难指挥数万大军针对仅仅几十个人的袭击及时做出反应。石亨带着数十个人刀斧齐下，左冲右突，极大地扰乱了也先军阵形。明军见有机可乘，主力直突也先大阵，也先军大败。之前被瓦剌人劫去的羊马及财物也被明军缴获，而石亨部没有救出被掳百姓的记载也正好与罗通救出被掳百姓的记载相对应。此战后，石亨的威名为瓦剌所知，以至于骁勇善战的蒙古勇士都称呼石亨为“石亨爷爷”。从这以后，瓦剌军再也不敢深入明朝的内地。