二十八日黎，金軍進至寧遠北崗，映入金將士眼簾的寧遠城高大巍峨戒備森嚴。不以往的是，袁崇煥沒有將全兵力收縮於城內，而是在寧遠城掘深濠以車為營布列槍炮，又滿桂統領練的關寧軍列陣於城濠溝內側。袁崇煥敢於擺出這般陣勢！還要感謝十六日，關寧軍在與金軍遭遇戰中的良現。這讓袁崇煥信，關寧軍完全可以充當寧遠城防圍屏障，這樣的話寧遠城防禦就於了一層保障，亦可驗證城騎兵與城防火炮互配的戰。軍敢於出城列陣著實大大出乎皇太極，在皇太極來這無疑是對金軍的莫大輕蔑和侮辱。既軍膽敢金軍挑戰，金軍無論如何要殲滅城列陣的軍，否則國威、軍威何在！抱著這心態皇太極與諸貝勒領軍憤而接戰。
金軍先是故退，試圖將關寧軍引出陣地脫離身炮火支援範圍，可關寧軍就是不上當。見誘敵計不，皇太極紅、鑲紅、藍、鑲藍旗將士動出擊，朝、金的騎兵勁旅遂於寧遠城開激烈廝殺。在軍騎兵頑強抵抗以軍火炮猛烈轟擊，金軍漸漸力不支敗退來。皇太極見狀勃大怒欲親自帶兵上陣，與皇太極尊的善、阿敏、莽古爾泰大貝勒一致認為“距城近”確實太過危險，人力勸皇太極切勿進戰。可這一來，出於帝王尊嚴，實在不甘心敗於敵手。二來，出於帝王權威，實又不肯聽於權臣。兩點疊，皇太極終未聽勸與大貝勒怒，“昔皇考太祖攻寧遠，不克；今我攻錦州，又未克。似野戰兵，尚不勝，何以張我國威耶！”言畢皇太極率貝勒阿濟格與諸將、侍衛、護軍策馬衝。大貝勒大為慚愧來不穿戴甲胄跟隨著皇太極一衝殺。目睹金大汗身先士卒親自上陣了，顯出頹怯的金將士們猶如打了一針興奮劑，立即亢奮來俱跟瘋似往上衝，瘋狂砍殺拚死惡戰。可城軍沒有被金軍氣勢嚇倒，滿桂、尤世祿、祖大壽一幹猛將領著關寧軍，金軍死磕硬撞依半步不退。雙方殊死肉搏中將滿桂身中數箭坐騎被創，尤世威坐騎被射傷，即如二將毫無畏懼繼續領兵惡戰。
當兩軍騎兵膠著血戰時，軍城上城型火炮怒吐著火舌開始不斷威，接給予城關寧鐵騎以強有力支援。根據《朝遼實錄》記載，車營司李春華於城指揮兵士，以紅夷大炮、木龍虎炮、滅虜炮火器齊力攻打。袁崇煥於城上親臨城堞激勵指揮將士們，用射威力更大的紅夷大炮猛轟金軍。參將彭簪古以紅夷大炮擊碎八旗軍營大帳房一座，他大炮則將“東山坡上奴賊大營打開”。軍炮口指炮火，金官兵無不人仰馬翻血肉橫飛，屍片片倒。在城上城軍密切配，金軍死傷累累卻始終連寧遠城牆邊無考靠近，仗打這個樣子還何談什破城而入！激戰至中午，皇太極見己方死傷太戰勢又毫無進，令停止攻城，將全軍撤至裏雙樹堡駐營。
當皇太極籌劃著一步該怎攻打寧遠時，突接到一封緊急軍報。皇太極完軍報大驚失色，錦州方麵出了。來還是二十八日，錦州城內的趙率教趁金軍力在寧遠城激戰，突打開城門錦州軍蜂擁殺出，猛攻錦州城猝不防的金軍。在給予金軍以大殺傷，軍不戀戰又迅即撤退回錦州城。刻皇太極忽現自己已陷入到腹背受敵的不局麵中，一旦錦州軍切斷金軍歸路，嚴將不堪設，於是皇太極趕忙令從寧遠撤軍。二十九日，金軍力迅速撤回錦州，寧遠城激戰至結束。在異酷烈的戰鬥中，交戰雙方付出慘傷亡。從寧遠城頭滿眼望，死於刀箭的軍官兵，還有倒斃於炮火中的金將士屍密密麻麻橫於遍野，鮮血流淌河濠塹為死人填。總而言經袁崇煥優的騎、炮、城結戰術效顯著。在軍猛烈炮火壓，處於不境地的金軍傷亡肯要大於軍。《清太宗實錄》記載，寧遠激戰中金員驍將濟爾哈朗、薩哈廉、瓦克達身受傷。遊擊覺羅拜山、備禦巴希、蒙古白旗牛錄額真博博圖戰死。如慘傷亡即便沒有錦州方麵襲擾，怕皇太極在寧遠城堅持不了幾。。