建文四年（1402年）以后，蒙古鞑靼、瓦剌各部日益强大，交相雄长，迭为明朝北方边境的大患。
明初，元宗族败走漠北后，部落酋长鬼力赤去元之国号，称鞑靼。后鬼力赤被杀，其新任可汗木雅失里由于受到明军及瓦剌的攻击，势力大衰，直到达延汗继位以后，势力复振。瓦剌原在今俄罗斯境内的叶尼塞河上游驻牧，一直受元的分封，且与元皇室通婚。元末，瓦剌向西发展，至阿尔泰山以西。正统十四年（1449年），瓦剌首领也先率大军南下，与明军在土木堡（在今河北怀来东）大战，明英宗被俘，史称“土木堡之变”。正统以后，为了防御强大的蒙古鞑靼、瓦剌的侵扰，明王朝在东起鸭绿江、西至嘉峪关的万里边防线上，设立“九边重镇”，分命大将，统兵守御。初设辽东、宣府、大同、延绥4镇，继设宁夏、甘肃、蓟州3镇；太原总兵治所设在偏关，三边总制府驻固原，这样，加上偏关、固原两镇，合称“九边”或“九镇”。这九大军事重镇或直属明中央最高军事机构管辖或兼受地方军事行政机构———都指挥使司节制。而在明之“九边”中，地理面积并不大的宁夏地区，竟然九居其二，设有两个总镇，因此本地区这一阶段的历史多与军事活动有关。
宁夏总镇衙门所在地称宁夏镇，就是今宁夏回族自治区的首府银川市。为了抵御蒙古鞑靼、瓦剌各部的侵扰，明政府采取了一系列措施来加强边备。在军事行政建置上，宁夏不设府、州、县，而是建立了一套严密的“镇卫制度”，即总镇———卫———所———屯堡———烽堠体系。洪武九年（1376年）宁夏开创军卫。建文年间，边警日益严重。朱棣夺取帝位后，于永乐元年（1403年）命南直隶凤阳（今安徽省凤阳县）人、开国功臣、右军都督府左都督何福佩征虏将军印充任宁夏总兵官，镇守宁夏，节制山西、陕西、河南诸军，统一指挥西北全境军事。宣德初，朝廷又改以镇守宁夏总兵官专挂“征西将军”印，负责宁夏一镇军事，遂成定制。从此，宁夏由军卫上升到军镇地位，成为北疆“九边重镇”之一。
宁夏总镇上隶陕西都指挥使司（后改由陕西三边总制节制），下辖镇城的宁夏卫、宁夏前卫、宁夏左屯卫、宁夏右屯卫、宁夏中屯卫（号为宁夏内五卫），辖区又分五路，即南路邵刚堡（在今青铜峡市境内）、北路平虏城（今平罗县）、中路灵州（今灵武市）、西路中卫（今中卫市）、东路后卫（即花马池，今盐池县），合称宁夏七卫（宁夏内五卫加上西路中卫、东路后卫）。防区范围相当今宁夏引黄灌区各地、市、县和盐池县全境及同心县部分地区。每卫各有5个千户所，千户所下辖若干百户所、总旗和小旗（按明代军事编制，5600人为卫，1120人为千户所，112人为百户所，50人为总旗，10人为小旗），外加灵州和兴武营（今盐池县高沙窝乡）两个守御千户所及宁夏群牧千户所（在今同心县韦州），合计38个千户所，有常驻兵员近5万人。卫所之下又设屯堡和烽堠。到嘉靖时，宁夏镇有屯堡90个，烽堠485个。
有位历史学家说，明代宁夏镇就是个大兵营，此言不虚。正如明代流寓文人潘元凯在《贺兰九歌》中所云：“塞下由来非乐土，况复城中多斥卤。四卫居人两万户，衣铁操戈御骄虏。”平时，驻宁夏总镇各地官军根据“分地守御”的原则，负责防区内边墙（长城）、城堡、屯堡、烽堠的修筑守备，同时兼有军屯（即以士兵屯田）任务。战时，则由宁夏总镇统一调派，参加战斗。
明朝在建立镇卫制度的同时，为了充实军民力量，就地解决粮饷供应，减少粮食运送，又制定了屯垦制度。宁夏是明朝同北方鞑靼紧密相邻的边防前线，军事战略地位极为重要，随着九边重镇的设立，宁夏及相邻地区的移民和屯垦从数量到规模都达到了顶峰。明代屯田均以九边最多，而九边中又以西北为最、宁夏为冠。屯田分军屯和民屯，宁夏主要以军屯为主。宁夏的屯田特别是军屯，是明王朝加强边备的主要措施之一，所谓“屯田戍边”就是这个意思。根据明朝廷的规定，卫所军卒70誠屯种，30誠负责城守。屯田的戍卒称为屯军，他们同操练作战的军士一样，都编入军籍，平时耕种，战时打仗。每个屯卒耕种土地50亩，粮食全部上交。屯田的基础组织是屯，每屯100户，设屯田百户所管理。每屯筑堡以居，并在4~7小堡适中位置筑大堡1处，环以土城，围以壕堑，屯储粮食、牲畜和财物，有警卒固守，上隶千户所和屯卫。到嘉靖时，宁夏总镇合计屯田15000余顷，夏秋两季共征粮19万石。万历十四年（1586年），宁夏屯田数达18825顷（以上数字均包括民屯）。
为了加强宁夏总镇的防御能力，明王朝多次在宁夏修筑边墙（长城）。宁夏镇所辖边墙有东边墙、西边墙和北边墙。东边墙，又称河东墙，西起黄河东岸横城（今宁夏灵武横城古渡），东止于盐场堡（今陕西定边县盐场堡乡），全长约200公里。西边墙，起自中卫黄河南岸芦沟堡（今甘肃靖远县与宁夏中卫县交界处），向北越河接镇关墩，再东而北走，逾胜金关，北连石空寺堡、广武营、玉泉营、镇北堡和贺兰山红口儿各口，在打隈（wēi）口（在今石嘴山市境内）至扁沟与旧北长城衔接，全长约千里。北边墙，包括“陶乐长堤”和河西新、旧两道边墙，两岸总长约100公里。这几道边墙全长约1000公里。明军还在长城沿线设置了许多城堡、烟墩，用来守卫和传递军情。
明朝是中国历史上唯一的起事南方、打到北方统一全中国的大一统王朝。宁夏地处防御残元和后来崛起的蒙古鞑靼和瓦剌部的最前沿，因此明朝廷对这里给予了历代中原王朝少有的全方位的关注。应当说，在当时民族分裂的状况下，这些保卫宁夏平原的农业经济不受袭击掠夺的措施显然是必要的。在明王朝的苦心经营下，宁夏总镇的防御体系进一步加强，设施进一步完善，其战略地位显得更加重要。正如宁夏方志所云：“宁夏黄河襟带东南，贺兰蹲峙西北，天造地设之险，屹然一雄镇也。”
