努爾哈赤聽到明朝遼東前線換了主帥，又自動地撤了錦州、右屯一帶的防務，真是滿心高興。天啟六年(公元1626年)正月，努爾哈赤親率大軍13萬人，西渡遼河，直搗寧遠。雖然寧遠城中的守軍只有10000多人，袁崇煥並沒有被敵人的優勢兵力所嚇倒。他和大將滿桂、副將左輔、朱梅、參將祖大壽等，集合城中全體將士，誓死守城。袁崇煥採取堅壁清野的策略，讓城外的居民攜帶防守器具，全部遷入城內，然後放火燒掉城外所有民房，使敵人到來時沒有任何可以利用的掩體。袁崇煥刺血為書，激勵士氣，並向他們下拜，表示抗敵的決心。將士們大受感動，都表示願意同寧遠城共存亡。袁崇煥還發出緊急公文給前屯和山海關的守將，讓他們把逃跑到那裡的官兵一律斬首，用以懲戒那些臨陣脫逃的怕死鬼。袁崇煥採取了這一系列果斷措施，全城軍民都決心各守崗位，嚴陣以待，奮勇殺敵。
二十四日，在努爾哈赤的指揮下，後金軍對寧遠城展開了激烈的攻城戰。袁崇煥親自指揮明軍，張弓射箭，發射各種火器，狠狠打擊後金軍。戰鬥打得激烈的時候，城上的箭和炮石就像雨點一樣地發射出去，後金軍被打死打傷的很多。努爾哈赤親自督戰，企圖鑿城而入。頑強的後金士兵，頭上頂著擋箭牌，冒著箭石火器，帶著攻城器械，前隊倒下，後隊又跟了上來，誰也不敢後退。明軍雖然個個奮勇，但是城中炮石火器畢竟有限，又不可能指望高第派兵來援。在這種形勢下，袁崇煥認為明軍利於速戰速勝。他命令炮手們對準後金軍密集的地方，開炮轟擊。只見炮聲響處，煙火騰空而起，後金軍血肉橫飛，一片一片地倒了下去。這時候天色漸漸昏黑，在硝煙瀰漫中，後金軍的進攻暫時被打退了。