正统年间，明军经过官山之战、
丰州之战后，开始加强对官山（与威宁海毗邻）、丰州滩、百眼井等地区的巡逻及控制。然而土木之变后，明军疏于防备。鉴于此，天顺中，石彪镇大同，请置城于威宁海，不果。
明宪宗成化十六年（1480年）正月，据延绥
镇守太监张选报，鞑靼
亦思马因将进攻延绥（今陕西榆林）。大臣余子俊反对出兵，兵部尚书王越力劝太监
汪直出兵。
成化十六年（1480年）正月十六日，宪宗诏命保国公
朱永为
平虏将军、
总兵官，汪直监军，王越提督军务，前往讨伐亦思马因。
二月，明军至延绥，
王越侦知亦思马因无犯延绥意，并已西迁至威宁海子（今内蒙正黄旗察哈尔南），欲以计袭击，于是劝汪直让朱永率大军由南路进，自己则与汪直率轻骑顺塞垣西进，到榆林会合。行至大同，才告诉汪直敌帐在威宁海子，于是尽选京营及大同、宣府两镇精兵两万一千人，出孤店（今山西大同东北），分数道进，值大风，风雪晦冥，潜行至威宁海子，亦思马因犹不知，乃掩击破之，杀其老弱。。
此役，王越以功封威宁伯，岁禄一千二百石；汪直增禄至三百石，升官者达二千九百余人，被赏者达一万七千九百余人。在明军取得红盐池之战、威宁海之战、黑石涯之战、收橐驼城的胜利后。成化二十年，李晟上奏威宁海、河套可耕可牧，请置城移民，因以荐用旧臣，非所宜言，降调为通判，下锦衣卫狱。致使后世明朝北虏之众凡有三窟，一屯河套，近延绥；一屯威宁海子之北，近大同；一屯北口青山（开平兴和附近），近宣府。连岁窥伺。其中以威宁海部最强。
考虑到明朝前中期对于斩首的苛刻计算标准，斩首400余级，敌军伤亡往往多达数千。明清两朝之所以史料中斩首数显得较低，是因为前代史料中的斩首数，往往是以实际斩首数推算估测出来的歼敌数，而且很多时候在此基础上还有夸张。而到了记载较为丰富的明清二朝，则一般采取原始斩首数据计入史料。
“获马驼牛羊六千”这样的缴获，亦不在
诸葛亮卤城之战“玄铠五千领，角弩三千一百张”的战果之下，足可见威宁海之战确可以称作大捷了。
这次胜利还有一个特别的意义，就是
朱祁镇被蒙古俘虏期间，就被关押在威宁海子。朱见深特别高兴，破格把王越加封为“威宁伯”。
郑晓：①威宁出塞，俘馘甚多，自永乐以来，唯此夺其气。（《
国榷》引）②威宁之捷，足称敌忾。（《皇明北虏考》）
章潢：迨至成化，诸豪竞起，分部争雄，各据水草，残我边郡。河套沃土，弃为巢穴，威宁之捷，足称敌忾。顾兹谗口，反谓贪功，刀笔因而舞文。干城为之解体。不惟大宁、兴和、开平已非我有。朔方、河南亦非职方之旧。而河西、辽东徼外城郭，诸国堡塞，奚夷，渐亦携贰。于是并塞万里，所在将屯，官益多。力益分，财益匮，中国益困。（《图书编》）
顾其言：
孙子曰：善攻者，敌不知其所守，越夜袭威宁而俘斩虏寇。又曰：形之敌必从之，越挥兵上山，而贼不敢击是也。（《皇明百将列传评林》）