正月十五一過，努爾哈赤親領大軍十三萬，號稱二十萬，浩浩蕩蕩，不見首尾，劍戟如林，十六日到達東昌堡，十七日渡過遼河。
袁崇煥孤守寧遠，對後金全神戒備防範，努爾哈赤大軍出了沈陽城，過了東昌堡，他便已得到消息，撤回中左所、右屯等處的明兵；燒掉城外民房，將城外百姓全部遷入城裏。右屯衛守城參將周守廉依照袁崇煥的將令，堅壁清野，焚燒房屋，運走穀物糧食，帶領一千守軍進駐寧遠。後金兵馬如入無人之境，兵不血刃，直撲寧遠，二十三日將寧遠四麵密密圍住。
袁崇煥命總兵滿桂守城東，副將左輔守城西，參將祖大壽守城南，副總兵朱梅守城北，通判金啟倧負責供應飲食，自己居中調度，總督全局。他發信給山海關的遼東總兵趙率教，一經發現寧遠逃回的官兵，就地處斬，格殺勿論。他又深知努爾哈赤善用間計，撫順、清河、開原、鐵嶺、沈陽、遼陽等城失守，莫不如此，命同知程維模稽查城內奸細，定下守城方略：憑堅城固守，敵誘不出城，據守城池，與敵周旋。部署完畢，袁崇煥下令封閉四門，然後與都督同知謝尚政、都司韓潤昌、推官林翔鳳、參謀守備黃又光幾個平日結納的同鄉死士，微服上街，四處巡查。街上的軍民行走匆匆，臉上多有驚恐之色，走到南街，見往日人流如潮的繁華景象早已不再，林立的店鋪商號都已關門歇業，街上冷冷清清。他忽覺一陣淒涼，正想著如何收拾人心，使大夥兒安定下來，一心一意守城殺敵，別無其他的念頭，卻見沿街上的一座黑漆大門轟然洞開，幾輛騾車外罩厚厚的青布大幔，從門裏吆喝著出來，急急向南麵的延輝門馳去，車廂中的人不住地呼喝車把式道：“快些走！若是遲了，城門關閉就再難出城了！”
袁崇煥疾步跟上，騾車離城門還有一箭之地，眼看那千斤的閘門緩緩落下，車把式大急，連連揮鞭抽打，喊道：“且慢關城門，我們還要出城呢！”車廂內的人早已掀開車幔，一起呼喊起來。
守門的軍卒哪裏肯聽，任憑怎樣呼喊，閘門已經放下，再想絞起已難，眼看城門死死閘住，車上的人紛紛跳下車來，呼天搶地，哭成一片，不住捶打著城門。霎時，四周居民一起湧來，將城門洞團團圍住。袁崇煥躲在人群中，側耳細聽。車廂內下來一個老者，拿出一包銀子，送與守門的校尉道：“軍爺，你就行個方便，放小老兒出去吧！不然大金兵馬殺入城來，教小老兒往哪裏躲？”
“不行！”校尉打脫了那包銀子，厲聲說：“奉袁大人將令，城門關閉，金兵不退，不可開啟。請回吧！”
那老者見已無望，含淚歎息道：“唉！大金的鐵騎縱橫關外，寧遠彈丸之地，怎麼守得住？沒想到，我這一大把的年紀了，卻要埋骨在關內異鄉了。”圍觀的百姓聽了，無不聳容驚駭，紛紛議論：“可不是麼，這個袁蠻子好生可惡！他拚著一條性命不要了，卻要咱來陪他！”
“他也真個不知死活！好好聽經略大人的話，退回關內早就萬事大吉了，如今倒好，還要大夥兒這般擔驚受怕！”
“金兵素來殘忍，略地屠城，就是婦孺也不放過，殺人如踩死螞蟻一般。他袁崇煥守此孤城，還不是為了個人邀功升官？一旦有個閃失，卻要害了滿城的百姓。”
“管他做什麼，砸開城門，一起逃出去吧！”
眼見人越聚越多，紛紛向城門湧去，校尉大聲吆喝著，命眾人退後，領著十幾個兵丁持刀相向，哪裏阻止得住？正在危急，城樓上有人大喝道：“哪個擅開城門，格殺勿論！”隨著喊聲，下來一個威武的將軍，滿臉虯髯，按刀立在眾人麵前。袁崇煥見是守南門的參將祖大壽，心下大急，暗忖：若是此時金兵攻來，他如何一心守城？想到此處，擠出人群，上前給那老者打躬問道：“老人家為何要出城去？”
老者見一個中年的漢子，身形略矮與常人，臉上三綹長須一絲不亂，兩眼之中神采飛揚，灼灼逼人，身穿半舊的布棉袍，以為是個平常的平頭百姓，賭氣道：“不出城卻要在城裏等死麼？”
“何以見得就是等死？”袁崇煥不慍不怒，他見祖大壽等人見了自己，麵有驚喜之色，似要上前拜見，急忙以目製止。
“誰能擋住十三萬金兵？”
“你怎麼知道擋不住？”
老者詫異地看他一眼，問道：“你是什麼人？看你是個讀書人的模樣，怎麼竟這般癡呆！”
“我便是欽命的寧前兵備道。”袁崇煥神情自若。
人群一陣驚呼，“他就是袁大人？袁大人來了！”袁崇煥微笑看著越來越多的民眾，說道：“寧遠城自修築那日起，我就想著會有惡戰的一天，不僅城牆加寬加高，且已儲備了數萬擔糧米，足夠一年的耗費。金兵往來飄忽，所帶的糧草不多，隻要守得兩三個月，他們糧草一盡，不戰自退，大夥兒何必擔心。”
人群中有人問道：“若是他們不退怎麼辦？”
袁崇煥連聲大笑，說道：“金兵有刀，我們有槍；金兵有弓箭，我們有盾牌。怕他們什麼？”他回身北望一眼高大的鼓樓，見鼓樓下的十字街上也站滿了人，遠遠地朝這裏觀望聚集，他暗道：來得好！正好當麵曉以大義，安定人心。他登高大呼道：“各位父老鄉親，奴酋入犯，正是我們做臣子枕戈嚐膽之秋。本道受皇命守衛，數年的心血都花在這寧遠城上。身在前衝，奮其智力，自料可以阻擋奴酋。萬一不測，本道勢與此城共存亡，就是血濺城頭，也算不枉此生，決無後退半步之理！”說完，拔出佩劍，割開食指，在一處白粉皮牆上寫下四字：誓死守城。血跡淋漓，鮮豔奪目。
袁崇煥複又躍上高台道：“大丈夫一生，應該俯仰無愧，心術不可得罪於天地，言行要留好樣與兒孫。我聞遼東自古多豪傑義士，怎忍心將祖宗留下的基業拱手讓與他人？大夥兒若能與我一心守城，自能破釜成舟，置之死地而後生，何懼金兵百萬？仰仗各位了！”屈身下拜，朝眾人跪下。
眾人熱血沸騰，刷地跪倒一大片，齊聲喊道：“願跟隨大人，誓死守城——”
那老者顫微微上前，拉著袁崇煥的手道：“袁大人，剛才小老兒冒犯了！大人既有心守城，這幾大車上的財物就作軍餉，算是小老兒向大人謝罪！”
袁崇煥攙住他道：“老人家憂心城陷，桑梓罹難，也是人之常情，何罪之有？”
一時，全城軍民士氣大振，有的登城防守，有的捐送糧草；就是一些說書的藝人也巡守巷口，提防奸細。寧遠眾誌成城，嚴陣以待。
努爾哈赤見寧遠城內一片悄然，不見什麼動靜，忍耐不住，帶人到城前，舉目一看，城牆高厚，巍峨壯觀，那高聳的城樓，樓簷翹起，淩空欲飛，真是氣象萬千！他命人朝上喊話：“袁崇煥，朕這次帶了二十萬大軍來攻，寧遠非破不可。你如願投降，朕一定大加優待，封你做大官。”
袁崇煥登城向下答道：“我在寧遠修築城池，自然是要死守到底，怎肯投降？你不必費口舌了，我不是李永芳那樣的軟骨頭，不怕你嚇的！我生是大明的人，死是大明的鬼，怎會稀罕你一個蠻夷許下的什麼高官？當真可笑！”
努爾哈赤氣得臉色鐵青，遠遠地將令旗一揮，背後轉出上萬的弓弩手，萬箭齊發，破空之聲不絕於耳。袁崇煥泰然自若地坐在城樓中，夜幕將垂，西天布滿紅霞，將遠處山頭的積雪映照得瑰麗無比，天地交合之處紅白暈染。無數的羽箭破空而來，頃刻之間，將城樓的門窗釘得得密密麻麻，城道上落滿了箭矢，橫七豎八，有如枯枝亂柴。箭雨過後，金兵鋪天蓋地而來，成千成萬地衝到城邊，豎起雲梯攻城。袁崇煥一聲令下，突然之間，躲在牆雉之後的軍卒，舉起千千萬萬火把，矢石如雨般投下城去。明軍從城頭的每個石堞間推出一個又長又大的木櫃，這些大木櫃一半在堞內，一半探出城外，大櫃之中伏有甲士，俯身射箭投石，投完了便將大木櫃拉進城頭，再裝矢石探出投擲。城頭十一尊紅衣大炮轟鳴，輪流轟擊，每一炮打出，炸得土石飛揚，無數金兵和馬匹被震上半空。
努爾哈赤揮動令旗，後麵鐵騎奔突，衝出一隊隊鐵甲軍，每人身披兩層鐵甲，稱為“鐵頭子”，推了鐵車，車頂以生牛皮蒙住，車內暗藏軍卒，矢石不能傷，奮勇迫近，直到城下的死角，車內的軍卒舞動長鍬鐵鏟，猛挖亂掘城牆牆腳，鐵甲軍推車猛撞城牆，聲音轟隆轟隆，勢道驚人，饒是城牆既堅且厚，也多有破損。
“不好！金兵正在穴城。”袁崇煥一驚，揮劍大喊：“快拆階石！”軍卒將城上鋪設馬道的長條大石抬起，順著城牆投砸而下，那階石十分沉重，鐵車都給砸壞，壓死了不少金兵。
穴城乃是金兵多年練就的攻城之法，軍卒伏在城牆腳下，鑿成空洞，向城內不斷掏挖，終至城牆塌陷。穴城的金兵雖給發覺，但已有不少金兵已掩身在牆洞中，躲過了大石。不到半個時辰，寧遠四周十餘裏的城牆牆腳已被挖得千孔百瘡，眼看城破在即，滿城百姓驚惶失措。通判金啟倧大吼道：“快取萬人敵來！”那“萬人敵”不過是在蘆花褥子和棉被裏暗撒了火藥，紛紛投到城下去。正月嚴冬，氣候酷寒，就是白天尚且滴水成冰，遑論沒了日頭的夜裏？城下的金兵身穿鐵甲，本不甚禦寒，見到被褥，都來搶奪，城上將火箭、硝磺等引火物投下去，“萬人敵”立即燃燒爆炸，燒死了無數金兵。
城上軍卒見金兵燒得四處翻滾，拍手大笑。忽然轟隆一聲，城牆給掏挖得久了，土石鬆動，竟塌裂了一丈多的口子，袁崇煥從城樓躍身出來，搬了石塊去堵，肩膀早中了一箭，他咬牙將石塊壘好，剛剛站直了身子，胳膊又中一箭。祖大壽看了，勸道：“大人保重，何必親身涉險？大人若有閃失，這寧遠怎麼辦？”
袁崇煥知道事情緊急，哪容他多嘴，厲聲道：“寧遠雖隻區區一城，但與我大明的存亡有關。寧遠要是不守，數年之後，咱們的父母兄弟都成為韃子的奴仆。我若膽小怕死，就算僥幸保得一命，活著又有甚麼樂趣？”伸手將左臂的箭頭拔出，帶出一大塊皮肉，刺啦撕下一角戰袍，將傷口裹了，快步去搬石塊。眾軍卒見他臨危不懼，大為感奮，冒著箭雨搬石運土，潑上井水，一層層凍得結結實實，工夫不大，便將缺口堵死。
袁崇煥急忙命人巡查城牆，金兵挖出的洞穴大小竟有七十餘個，若這樣掏挖下去，寧遠城遲早要給挖破了。他站在城頭，撫劍望著天邊的殘月，月冷星稀，天色轉明，依稀看出遠處雪山的輪廓。想到天明以後金兵必然傾力猛攻，正在彷徨無計，忽聽到城下金兵齊呼：“萬歲，萬歲，萬萬歲！”呼聲自遠而近，如潮水湧至，到後來數萬人齊聲高呼，驚天動地。晨曦之中，但見一根九旄大纛高高舉起，鐵騎擁衛下青傘黃蓋，一彪人馬鏘鏘馳近，簇擁著一個身罩黃袍須發斑白的高大老者，正是大汗努爾哈赤臨陣督戰。大金官兵見大汗親至，士氣大振，數百架雲梯紛紛豎立，金兵如螞蟻般爬向城頭，城上守軍奮力抵抗，滾木擂石雨點般砸落，金兵慘叫著摔到城下，卻前仆後繼，沒有一絲怯意。但見金兵的屍體在城下漸漸堆高，後續隊伍仍如怒濤狂湧，踐踏著屍體攻城。
城頭的軍民瞧著這等聲勢，不覺駭然失色。謝尚政心中大怯，奔到袁崇煥的身前，低聲道：“大人，眼見寧遠是守不住啦，咱們快出城南退罷！”
袁崇煥大怒，喊著他的表字道：“允仁！枉你還是個武舉出身，竟這般沒膽色！眾人都在奮勇殺敵，你卻說出這等言語？想要動搖軍心麼！大丈夫以身許國，怎能如此畏首畏尾？寧遠在，咱們人在；寧遠亡，咱們人亡！”謝尚政滿麵羞愧，奔回城邊禦敵。
努爾哈赤見攻了一夜，寧遠城巍然屹立，絲毫不動，命人將黃龍幕帳向前移動，將大纛旗高高樹起，身旁兩百多麵大皮鼓打得咚咚聲響，震耳欲聾。但見城下滿是金兵的死屍、兵刃，兀自有不少的金兵或死或傷，一個個血染鐵甲，從陣前退下來。饒是他身經百戰，此刻見了這一番廝殺，也不由得暗暗心驚：“與明軍征戰多年，往常的明軍將士個個懦弱無用，怎麼寧遠的明軍卻如此英勇，絲毫不弱於我們滿洲精兵呢！”心裏半驚半惱，暗忖：“這小小的寧遠城，若是攻不下來，怎麼去打山海關……”命傳令官曉諭八旗將士加緊攻城。
那傳令官馳馬大呼：“眾官兵聽著：大汗有旨，哪個最先攻登城牆，便封他為寧遠城的城主，招他為額附。”金兵聽了，想著榮華富貴和嬌嫩的格格，大聲歡呼，那些梟將悍卒個個不顧性命地撲將上來，旦夕之間就要攻上城頭。
袁崇煥見情勢危急，卻聽不到紅衣大炮的聲響，持劍奔到紅衣大炮前，大喊道：“彭簪古，彭簪古！”連叫數聲，無人應答。
背後跑過一人，喘著粗氣道：“大人，火器把總彭簪古受了重傷，已給抬下城去了。”
“唐通判，其他放炮的人呢！”
“都給金兵一陣箭雨射死了。”
“你來放炮！”
“大人，卑職隻是看別人放炮，可從未摸過呀！”
“對著城下放就是了。”
唐通判不敢違命，裝了火藥炮彈，問道：“大人，朝哪裏放？”
袁崇煥往遠處一指道：“你可看清了那邊的黃龍幕帳？必是那老賊努爾哈赤，就朝他那裏發炮。”
這紅衣大炮長一丈，重有三五千斤，口徑三寸，中容火藥數升，雜用碎鐵碎鉛，外加三四斤的精鐵大彈，火發彈飛，橫掠而前，攻無不摧，可有二三十裏的射程，是用重金購自澳門的葡萄牙商人，寧遠城上布置了十一門。火炮建在平台上，炮身上有小輪、照輪，所攻打或近或遠，據此刻定裏數，按照一定規式，低昂伸縮炮管。唐通判小心翼翼地調了炮口，裝上火藥炮彈，點燃火線，大呼道：“大人躲開了！”拉著袁崇煥跑出數百步遠，隻聽一聲巨響，有如山崩地裂，炮口噴出一大團火球，遠遠地飛落到城外，在金兵中炸開，一時之間，人仰馬翻，血肉橫飛。袁崇煥見離黃龍幕帳尚遠，暗叫可惜。此時，督建炮台的孫元化、炮手羅立飛跑回來，裝好火藥炮彈，將炮口調高。袁崇煥叫道：“我來點火！”將火線點燃。不料那小輪竟給震鬆脫了，炮口低落下來，唐通判大急，竟挺身將炮管托起，躲在遠處的袁崇煥三人大叫著命他躲開，他渾若不聞，死死抵住炮管，麵色漲得通紅。又是一聲巨響，炮彈落在黃龍幕帳不遠處，幕帳登時騰起了一團火焰，努爾哈赤頓覺後背給人猛擊了一下，火灼一般疼痛，那馬也受了驚嚇，竟人立而起，他猝不及防，被掀落在地。金國兵將見大汗落馬，無不驚惶，四麵八方搶了過來。
煙霧稍散，袁崇煥三人衝上炮台，見唐通判早已給大炮震得粉身碎骨，遠處的黃龍幕帳已給燒得幹幹淨淨，努爾哈赤的大纛正自倒退，大纛附近紛紜擾攘，金兵堰旗息鼓，紛紛後退。“袁大人，打中了！打中了！”孫元化、羅立跳躍歡呼。
袁崇煥大呼號令，乘勢開城，率兵殺出。金兵軍心大亂，已無鬥誌，自相踐踏，死者不計其數，一路上拋旗投槍，潰不成軍，紛紛向北奔逃。袁崇煥追出三十餘裏，擔心中其埋伏，又見金兵漸漸收拾隊形，緩緩向北退卻，不好迫近，收兵回城。滿城的百姓早已擁在城門口，夾隊相迎，紛紛趕來拜謝救命之恩，多年來，明軍與金兵作戰從未有過如此大勝，眾人想起這場惡戰，激動地放聲大哭。