天啟三年(1623年)九月,孫承宗決定鎮(zhèn)守寧遠(yuǎn),僉事萬(wàn)有孚、劉詔極力勸阻,但孫承宗執(zhí)意前往,并命滿(mǎn)桂與袁崇煥一起前往。袁崇煥到任后,發(fā)現(xiàn)祖大壽奉孫承宗命修筑的城墻不合規(guī)格,于是袁崇煥制定規(guī)格重新修筑,并命祖大壽與參將高見(jiàn)、賀謙督工。
天啟四年(1624年),寧遠(yuǎn)城的修筑竣工,在滿(mǎn)桂與袁崇煥的努力下,寧遠(yuǎn)被倚為關(guān)外重鎮(zhèn),將士們樂(lè)于為其效命,商旅百姓以及流民將寧遠(yuǎn)視為樂(lè)土。同年九月,袁崇煥偕同大將馬世龍、王世欽率水陸馬步軍一萬(wàn)二千巡視廣寧,拜謁北鎮(zhèn)祠,經(jīng)過(guò)十三山,抵達(dá)右屯,就由水路在三岔河乘船而回。以袁崇煥防守的功勞,先后晉升為兵備副使、右參政。
天啟五年(1625年),孫承宗與袁崇煥定下計(jì)策,派遣將領(lǐng)占據(jù)錦州、松山、杏山、右屯及大、小凌河等地,并修繕城防長(zhǎng)期駐守,寧遠(yuǎn)因此成為內(nèi)地,開(kāi)疆復(fù)土兩百里。同年十月,孫承宗遭到罷免,高第接替其職。高第認(rèn)為關(guān)外一定會(huì)守不住,命令軍隊(duì)全部撤出錦州及右屯等地,督屯通判金啟倧上書(shū)給袁崇煥說(shuō):“錦州、右屯、大凌三城都是前鋒要地,如果撤兵,已經(jīng)安居的百姓將再次被遷徙,收回的疆土再次淪陷,關(guān)內(nèi)外經(jīng)得住幾次退守?”袁崇煥也向高第極力爭(zhēng)辯:“兵法上說(shuō),有進(jìn)無(wú)退,收回的疆土怎么能輕易放棄?錦州、右屯動(dòng)搖,寧遠(yuǎn)便會(huì)難保,進(jìn)而使關(guān)門(mén)失去了保障。這些地方只需要派遣良將守衛(wèi),就不需要太多的顧慮。”但高第執(zhí)意要撤離,并且想要撤掉寧遠(yuǎn)的軍隊(duì),但袁崇煥表示寧愿死在寧遠(yuǎn),也不愿撤離,高第無(wú)法強(qiáng)迫袁崇煥,于是將錦州等地軍民盡數(shù)撤離,丟棄米粟十余萬(wàn),在遷徙路上死亡的人非常多,哭聲震野,軍民怨聲載道,袁崇煥于是請(qǐng)求回家為父守喪,但遭到拒絕。同年十二月,袁崇煥升為按察使。
天啟六年(1626年)正月,努爾哈赤得知孫承宗被罷免,于是率領(lǐng)大軍西渡遼河,二十三日,后金軍抵達(dá)寧遠(yuǎn),經(jīng)略高第和總兵楊麟擁重兵于山海關(guān),不去救援寧遠(yuǎn)。袁崇煥得知后,隨即寫(xiě)下血書(shū),與大將滿(mǎn)桂,副將左輔、朱梅,參將祖大壽,守備何可綱等將士盟誓,以死守城。袁崇煥一面堅(jiān)壁清野,一面讓同知程維楧盤(pán)查奸細(xì),通判金啟倧守護(hù)糧草,并傳檄給前屯守將趙率教、山海守將楊麒,如果有將士逃到這里,可將其全部斬殺。
努爾哈赤將抓到的明朝百姓放回寧遠(yuǎn),并讓其勸袁崇煥投降,但遭到袁崇煥的拒絕。于是努爾哈赤舉大軍進(jìn)攻寧遠(yuǎn)城,并讓士兵舉著盾牌攻鑿城墻。而袁崇煥讓羅立等人指揮西洋巨炮,炮轟后金軍,后金軍在巨炮的攻擊下潰不成軍,連續(xù)攻城兩天,損失慘重,努爾哈赤于是下令退軍。但名將金啟倧卻因?yàn)辄c(diǎn)火炮時(shí)引起自燃而死。寧遠(yuǎn)保衛(wèi)戰(zhàn)勝利后,明廷舉朝歡喜,升袁崇煥為右僉都御史。