撤退，自己亲率精壮勇士断后，一场恶战竟打得优势兵力的蒙古军溃逃，马芳立刻转守为攻，追击至山西泥河再次大破敌人。马芳先升任宣府游击将军，继而破格提升为正二品都督佥事，至年末又加封为正一品左都督，驻守宣府时，与权臣严嵩的同党、咸宁侯仇鸾不睦，曾因此坐连镇山敦之败而遭罚俸，其奇袭蒙古军迫其退兵的战果更被仇鸾窃取。
马芳任宣府游击时，重立“军战连坐法”，规定临战畏敌不前者，后队斩前队，将领畏敌不前者，士兵斩将领，每战依旧率先冲杀敌阵，引得属下殊死效命。又向兵部上奏，提出“尽遣宣府客兵，以乡人守乡土，可得虎师。”朝廷采纳此议，在山西当地征募青壮从军，马芳更认定“兵之优劣，重在选练之效”，不但在军中制定严格的赏罚管理训练条例，招募当地拳师以及蒙古降兵为教官，更常在训练中“亲执械示范格杀”。
针对明朝军中将官刻薄虐待士卒的陋习，马芳调任宣府游击时，便曾命亲兵在军中秘查，先后惩治虐待士兵克扣军饷的将官二十多人，一时间“军纪大振”。升任总兵后，他更颁布严格条令，规定将官有虐待士卒者，要处以至少八十军棍的刑罚，有克扣军粮者，不但大刑伺候，财产更要充公。为阻止当地权贵擅调士兵充奴婢，马芳竟对山西某权贵“拔刀怒向”，终迫使其归还被征调的士卒三百余人。马芳还从麾下的士兵里挑出数十名最精壮的人，组成“家兵”，这支部队，在以后的数场战争中发挥了巨大的作用。
马芳曾对兵部尚书赵锦言，明军较之蒙古军，有三“不可比”：一为蒙古军“天生骑射，弓马娴熟”；二为“来去迅即，顾此失彼”；三为“居无定所，进退自由”。为解决这三“不可比”，他并非像当时其他边将那样建议以守为主，靠修筑边墙来阻遏敌人进攻，相反却创造性思维，提出了“以骑制骑”的作战思路。即先是结合南宋吴玠的“叠阵法”，发挥明军在火器技术上的优势，为边镇骑兵大规模装配火器，作战中火枪骑兵，骑射兵，刀兵相互配合，反复冲杀，以此“可补骑射之短也”。
明朝骑兵大规模装备“三眼铳”、“五眼铳”等连发火器，正是从此时开始。而在作战思路上，马芳更将“以快制快”发挥到极致，主张每年冬春之季，派遣精锐骑兵组成小分队对