其后努尔哈赤率后金军越战越勇，破开原，灭叶赫，开始大规模进攻辽东。明朝连忙撤了杨镐，换上了熊廷弼。这个人很有才能，到辽东后，迅速整顿军队，修筑重要关口，几个月内就稳住了局势。然后采取坚壁清野的策略，努尔哈赤一时也不敢对他有所举动。后来朝廷嫌熊廷弼总不出战，便将他调走，换上一个无能的袁应泰。结果努尔哈赤趁势发起进攻，明军连连战败，沈阳和辽阳都丢掉了。朝廷无奈只好召回了熊廷弼，但却不给他兵权，而是让一个叫王化贞的人带领军队。王化贞十分无能，广宁一战被后金军打得大败，狼狈逃回山海关。朝廷不分清红皂白，竟将熊廷弼也一同治罪，无辜杀害。也就是在这时，袁崇焕来到了山海关。
辽东新换上来的经略叫王在晋，没过多久又换了孙承宗。在重要的国防前线如此频繁换将，可见明朝的政治混乱。所幸孙承宗是个很懂兵略的人，他知道单守山海关是不行的，便派兵在山海关外围的重要地段筑城防守。袁崇焕此时自告奋勇，愿意去离山海关很远的宁远驻守，作为关外抗御清兵的第一道防线。当时明军畏后金军如虎，袁崇焕这一举动令同僚们都很吃惊。孙承宗很赞赏袁崇焕的勇气，便同意了他的要求，让他带5000兵马前往宁远。
宁远就是现在的辽宁兴城，位于山海关以东200余里。袁崇焕到后不久，远近各方为后金军兵祸所苦的许多关外百姓也从纷纷聚来，小小的宁远一下热闹了起来。宁远城其时刚筑了没多久，城墙只是一道土槽，根本无险可守。袁崇焕到任后，当即雷厉风行地征集士兵和百姓修筑城墙，他立了规格：城墙高3丈2尺，城雉再高6尺，城墙墙址宽3丈。袁崇焕与将士同甘共苦，对老百姓也非常好，所以筑城时人人尽力，几个月功夫就修筑完工。袁崇焕又从后方运来当时最先进的武器，产自荷兰的红夷大炮，共11门，架设在城上，宁远成为了一个非常坚固的军事堡垒。
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在前方筑城的同时，孙承宗也在防线各处积极进行练兵屯田，逐渐把防线从山海关向东推进了400多里，收复了许多失地，整个辽东的形势得到了改观。然而奸贼误国，掌握朝政的大宦官魏忠贤竟嫌孙承宗不向他行贿，撤掉了孙的职务，换了一个叫高第的人来当辽东经略。
天启六年(1626年)正月，努尔哈赤挟连战连胜之余威，率兵13万，号称20万，大举进攻宁远。袁崇焕手里只有1万多兵，后金军的兵力则多十几倍，众寡悬殊，情形十分危急。此时据守山海关的高第竟吓破了胆，急忙命令关外明军全部撤回来。袁崇焕接到命令后十分愤怒，拒不执行。高第也不管他，将其余的军事据点全部撤走，丢弃了辛辛苦苦收回的土地，关外只剩下宁远一座孤城。
危急之下袁崇焕镇定自若，他将家眷也接到城里，并刺血明誓，向官兵下拜激以忠义，与全城将士下了必死一战的决心。他下令将城外粮食全部运入渤海觉华岛(今菊花岛)中，将城外全部民房和草料烧尽，不给后金军留下任何东西;命参将祖大寿领一支兵马出宁远西北，做为外援，牵制后金军;自己率军驻守坚城，四门紧闭，组织百姓巡逻放哨，运送火药，做好了决战的准备。正月二十三日，努尔哈赤率军杀到宁远，他令一支部队绕过宁远，切断了通向山海关的所有道路。
其实努尔哈赤此举大可不必，袁崇焕是决不会从宁远后退的，而那个高第也不可能发一兵一卒来救宁远。努尔哈赤派人去宁远向袁崇焕传话：“我这次带了20大军来攻，宁远是绝对守不住的。你如果献城投降，我一定大加优待，封为大官。”袁崇焕回书说：“你前次已占领了宁远和锦州，后来却放弃了。我修好了城来住，你又来攻，这是什么道理?你说带了20万兵来，我看只有13万，倒也并不算少。我是要死守的，你攻便来攻。”
努尔哈赤新近连胜，兵锋所至，明军无不望风披靡。如今一个无名之将竟敢前来挑战，努尔哈赤不由大怒。二十四日，努尔哈赤亲自督军大举攻城，后金军漫山遍野扑向宁远。后金士兵自幼就骑马射箭，非常骠悍凶猛。为了在骑马奔驰时不被头发遮住脸，女真男人全都把前额剃光，把头发结成一根辫子。汉人称他们为“辫子兵”，畏之如虎。后金军很快冲到了城下，而城中却鸦雀无声。突然之间，城头点起千万根火把，弓箭和滚石如雨点般投下城去。袁崇焕的军队虽少，但这些士兵可非辽东那些腐败明军可比，都是孙承宗训练出来的敢死之士，都是自愿和袁崇焕来守宁远的。后金军举起盾牌顶在头上防御，顽强迫近。
这时从城头的垛口间推出了许多又长又大的木柜，这些大木柜一半在城内，一半探出城外，木柜中伏有身着盔甲的明军兵士，俯身射箭投石，投完了便将大木柜拉进来，再装矢石出去投掷。接着埋在城边的火药地雷爆发，土石飞扬，后金士兵和战马被炸得四处乱飞。攻城的后金先锋部队每人身上都披两层铁甲，他们推着包铁的撞车攻城，车顶以生牛皮蒙住，弓箭和石头不能将其损坏。袁崇焕命军士架起红夷大炮，对准后金军的后续部队连续轰击，每一炮打出去，火药和铁沙四处飞迸打得敌军尸横遍地。在此之前，后金军还从未见识过火炮的威力。眼见横飞的血肉残肢，即使勇猛如虎的后金士兵也不禁心生怯意。然而努尔哈赤大汗亲自在后面督战，后金军有进无退，仍然拼死冲来。
冲过成堆的尸体，后金军终于攻到近处，用撞车猛撞城墙，声音轰响，沙石飞溅，气势惊人。撞击了很久，城墙多处破损。后金军再用像云梯那样的包铁高车来撞击城墙高处。随后又把包铁车推到城墙边，上面用木板遮住，以挡城头投下的矢石，车里藏了兵士，用铁锹挖掘城墙墙脚。后金军攻进了城墙下的死角，大炮已打他们不到。在这危急之时，明军想到了计策，抬了屋子前的长条大块阶石从城上投下去。阶石十分沉重，铁车上的木板挡不住，砸死了不少后金士兵。攻城历时很久，城基被后金军挖成了一个个凹槽，他们躲在城墙洞内向里挖掘，城上再投大石下去，就打不到了。
