升为宁前兵备佥事，在大学士孙承宗的支持下修筑宁远城，作为守辽前哨。不久又在外围构建修缮锦州、松山等城池，完善了宁（远）锦（州）防线。孙承宗后来在与阎党的斗争中失败罢职，继任者高第主张放弃关外。袁崇焕拒不从命，孤军镇守宁远。天启六年（1626），后金努尔哈赤兴兵进犯，袁崇焕坚守宁远，大败敌军，努尔哈赤被红夷大炮击伤，不久郁郁而死。这是后金建国以来最惨重的一次失败，是明军的第一次大胜。次年，皇太极为报父仇，亲自统率八旗中的精锐——正黄、镶黄、正白、镶白四旗，围攻宁远、锦州，结果屡攻不下，损兵折将，被迫连夜北撤。明军再获大捷。可是当时的明朝政府一片混乱，大太监魏忠贤擅权乱政，袁崇焕不仅没有得到实质性的奖赏，反而受到排挤，被迫辞职还家。1627年,崇祯皇帝即位，平反冤狱，袁崇焕被召回，以兵部尚书兼右副都御史的身份，督师蓟辽、登莱、天津，总理抗金军务。袁崇焕在获得皇帝的大力支持后大刀阔斧的展开工作，使辽东防线日趋稳固。后金军无奈，决定避重就轻，于崇祯二年（1629年）十月绕过袁崇焕防区，从喜峰口窜入长城，攻陷遵化。袁崇焕以国事为重，未经宣召，即率兵入援，逐路置防，逐城设守，计划截断后金兵的归路。袁军在蓟州与敌军遭遇，后金军不敢战，越过蓟州，直逼北京。袁崇焕率兵急速追赶，在广渠门外以九千军士大战十万金兵，迫使后金军撤退。袁崇焕鑑于本部兵力太少，对崇祯皇帝追击后金军的命令不予接受，而是在城外驻守，等待各路勤王军队。皇太极硬攻不利，退兵又不甘心，于是改用反间计，诈称袁崇焕和自己有秘密约定，崇祯皇帝中计，逮捕了袁崇焕。袁部得知后，军心顿散，自行撤退。袁崇焕秉着爱国赤诚，含冤忍屈，在监狱中致信部属，召回兵将抵抗后金军。但在解围后，崇祯皇帝还是以谋反的罪名把他处死。更为令人痛心的是，京城百姓在舆论的误导下也认为他是反贼，争食他的血肉，竟至“骨肉俱尽，止剩一首”，铸成千古奇冤！袁崇焕被杀，皇太极的反间计是一个原因，但并不是关键。崇祯皇帝生性多疑，对袁崇焕当初错误的未经申报即擅杀大将毛文龙，致使毛部将士大批投降后金等事早有不满，后来他又顿兵北京城外，拒不乘胜追击后金兵，的确会让皇帝怀疑他的真实动机。急于退敌的朱由检在皇太极的刺激下短时间内相信袁崇焕反叛是可能的。崇祯皇帝虽然多疑，可并不傻。袁崇焕在狱中还写信给部属，劝他们回师救驾，天下哪有这样的叛贼？袁崇焕从被抓到被杀历时八个多月，固然有后金军尚未撤退，袁部还有利用价值的因素，但也说明皇帝自己也一时下不了决心。袁崇焕被杀的真实原因在于他坚持和后金议和。