“土木之變”後不久，蒙古瓦刺部內部發生矛盾。景泰四年，也先自立為可汗。六年（1455），也先被部下殺死，致使內部分裂，瓦刺部勢力逐漸衰落。該部後西遷至阿爾泰山，從此不再參與中原事務。這時蒙古的韃部強盛起來。成化年間，韃靼的孛來、毛裡孩、孛羅忽、滿都魯相繼入據河套，河套成為他們騷擾內地的一個主要基地，當時被稱為“套寇”。

弘治年間，韃靼部的達延汗統一了蒙古各部，勢力大增。正德末年，達延汗死後，達延汗的孫子俺答汗的勢力又興盛起來，不斷率其部騷擾北部邊境。從此，大同“無寧歲”。

到了嘉靖年間，邊防的各級官吏面對日益惡化的嚴峻形勢，不得不開始考慮如何才能擺脫艱難的困境。大同巡撫張文錦因“大同北四望平衍，寇至無可御”，提出“寇犯宣府（今宣化）不能近鎮城者，以葛谷、白陽諸堡為外蔽也。今（大同）城外即戰場，何以示重”的論點。他於“城北九十里外，增設五堡，曰：水口、宣寧、只河、柳溝、樺溝。”

嘉靖三年（1524）八月，張文錦被大同的亂兵所殺，他的計劃流產。張文錦提出的在大同城北今新榮、左雲一帶設定城堡，作為大同城的屏障，計劃雖沒成功，但是作為新的防禦政策的雛形，則被提了出來。

嘉靖十八年（1539），宣大總督毛伯溫和大同巡撫史道完成了因發生兵變而中斷修築的五個城堡，並重新命名為鎮邊、鎮川、弘賜、鎮虜、鎮河，即大同邊防上的“內五堡”。並增設大同北路分守參將一員，調兵三千人作為該地區的基本守備力量。

嘉靖二十三年（1544）至二十五年（1546）間，經宣大總督翁萬達、大同巡撫詹榮、大同總兵周尚文等人的共同努力，在大同城北地區又增築了拒牆堡等五堡，即“外五堡”。從根本上改變了大同以北地區“虜寇無歲不警，警無不至鎮城下”的被動局面。並又陸續進行以“削山築牆，建墩挑壕”為主要內容的龐大的防禦工事建設。這裡所說的“牆”即邊牆，也就是明長城，俗稱“頭道邊”，也就是“正邊”。

現今殘存的邊牆即明長城是山西大同與內蒙古行政區劃的分界線。這條明長城的遺存，在今大同新榮區的鎮川鄉元墩一帶，仍然巍巍壯觀，清晰可辨。累計大同地區建有烽火臺三百三十座，土堡八百三十三座，邊牆長六百華里。這樣，烽火臺、邊牆、城堡就構成了大同地區的縱深防禦體系。

面對蒙古騎兵的大舉進攻，大同的山西行都司的各級指揮官表現不一，有帶兵“衝突人陣，奮擊殺敵”的總兵周尚文、梁震等；有“不敢戰，棄其軍”的總兵彭英、副總兵姚信，遊擊李桂等。其中尤以嘉靖年間大同總兵仇鸞的事蹟最為突出。因仇鸞因暗中交結蒙古俺答汗“有功”，明中央“以仇鸞為平虜大將軍，節制諸路人物，文官三品以下武官副總兵以下不用命者，俱許以軍法從事”。

嘉靖三十一年八月十二日，咸寧侯仇鸞病死。二十五日，明中央釋出上諭：“追戮故咸寧侯仇鸞於市，籍其家”。“大學士徐階密疏通虜誤國，乃悉發鸞初鎮大同，與虜私通，（給）虜貨幣諸物，他日不犯大同，……上大怒，奏人，得旨：鸞背叛朝廷，引寇入犯，大逆不道，神人共憤，仍剖棺斬首，梟示九邊，父母妻子皆斬，妾、女、孫為奴”。

大同鎮（山西行都司）永樂七年設鎮守總兵官，成化十年設巡撫大同地方署理軍務一員。嘉靖二十九年設總督宣大、山西等處軍務兼理糧一員。隆慶四年移大總督於陽和城（今陽高縣城）。總督與巡撫同為欽命封疆大臣。宣大總督主要是協調宣府、大同、偏關（太原總兵駐此）三鎮的軍務，另外還要協調和陝西之間的軍務。

正德十三年頒定宣、大、延綏三鎮應援節度；敵不渡河，則延綏聽調於宣、大；渡河，則宣、大聽調於延緩”。明代的總兵、副總兵無品級無定員，初期多以公、侯、伯、都督充之。

嘉靖年間，大同部隊的指揮作戰系統又做了一次較大的變動，共分為四級，即行都司、道、路，城堡。明代的道從形式上有巡道、守道、兵備道之分，實無多大的差別，都是文官協理總兵之軍務的職位；路，“獨鎮一路者為分守”，路的指揮官為參將；城與堡為基層軍事單位，因其規模的大小與重要性之區別，其長官的職務各有不有守備坐堡、千總、把總、操守、防守等之別。

山西行都司共分四道，即陽和道、分巡冀北道、大同左衛道，分守冀北道。每道精二至三路，共九路，即新平路，東路，北東路、不屬路、北西路、中路、威遠路，井坪路。每路轄有若干城與堡，重要的城與堡共有七十二個。

大同駐軍的具體情況是，陽和道有駐軍一萬五千零六十二人，下轄新平路、東路。

新平路屬下四城堡，即：平遠堡、新平堡、保平堡、樺門堡。

東路屬下八城堡，即：永嘉堡、瓦窯口堡、天城城、鎮寧堡、鎮口堡、鎮門堡、守口堡、靖虜堡。

分巡冀北道有駐軍三萬三千四百六十七人，下轄北東路及不屬路。

北東路屬下八堡，即鎮邊堡、鎮川堡、鎮羌堡、得勝堡、弘賜堡、拒牆堡、鎮虜堡、鎮河堡。

不屬路轄七城堡，即許家莊堡、聚落城、大同城、渾源城、靈丘城、廣靈城、王家莊堡。

大同左衛道有駐軍二萬二千七百零八人。下轄北西路、中路、威遠路。

北西路屬下九城堡，即拒門堡、雲岡堡、破虜堡、助馬堡、保安堡、滅虜堡、威虎堡、寧虜堡、雲西堡。

中路屬下十二堡，即三屯堡、雲陽堡、破胡堡、牛心堡、馬堡、殘胡堡、黃土堡、殺胡堡、紅土堡、馬營河堡、右衛城、鐵山

堡。

威遠路屬下五城堡，即祁家河堡、威遠城、雲石堡、威胡堡、威平堡。

分守冀北道有駐軍一萬一千九百零七人。下轄西路、井坪路。

西路屬下四堡，即平虜城、敗胡堡、迎恩堡、陰胡堡。

井坪路屬下十城堡，即井坪城（今平魯）、滅胡堡、將軍會堡、乃河堡、朔州城（朔州市朔城區）、馬邑城、山陰城、應州城、懷仁城（今懷仁市）、西安堡。

從全鎮的兵力部署來看，城與堡的駐軍一般只有幾百人，總兵、副總兵、道員、參將的駐地則擁有較多的駐軍，數量從幾千人到幾萬人不等。路以及路以上的長官，掌握著較多的支援機動部隊。山西行都司萬曆十九年定編為八萬三千一百四十四人。

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參考資料《三雲籌俎考》、《明史》、感謝大同文史學者 侯長髮