右屯城很快攻陷。
接著八旗軍又連陷大淩河、小淩河、鬆山、杏山、塔山、連山等六座城鎮。寧遠形勢愈加對努爾哈赤有利。袁崇煥駐守孤城寧遠。那時候，寧遠城中士卒不滿兩萬人，但城中兵民誓與城共存亡。尤其是那些從後金領地中逃回來的人，都對後金的統治極為痛恨，打起仗來可以一當百。
袁崇煥召集諸將商議戰守之策。
參將祖大壽說道：
“絕不可以與後金兵逞強，後金兵人多勢眾，來勢凶猛，我們隻有一萬多人，不能以雞蛋碰石頭。我們應該以守為主。隻要我們誓死保衛寧遠，不讓努爾哈赤攻破這座城，他就沒辦法去攻山海關。”
諸將都讚同祖大壽的意見。
寧前道袁崇煥麵臨號稱二十萬的後金軍，後麵又無援助之師，等於是背水一戰。
但袁崇煥臨危不懼，指揮若定。他采納了諸將的議請，做了如下守城準備：第一，製定兵略，憑城固守。寧遠戰前，敵我雙方態勢明顯是強弱懸殊。袁崇煥前麵是強大的後金主力軍，後麵無援兵，西邊蒙古兵並不很效力，抵不了事兒；東邊朝鮮更幫不上忙。關外遼西一帶，寧遠是座孤城了。因此隻有揚長避短，憑城固守。
袁崇煥說道：
“守城，是上策；戰，是中策；逃，是下策。以實不以虛，要拉長戰爭時間，決不能想打一天就算完，要奮死抵抗。”
袁崇煥吸取撫順和清、開、鐵、沈、遼失守的慘痛教訓，決定先死守孤城，拚命抗戰。敵人怎樣誘惑也不出城，敵人用激將法也不出戰。
寧遠的戰略，主旨在固守。
第二，激勵士氣，劃地分守。袁崇煥和總兵滿桂，副將左輔、朱梅，參將祖大壽，守務何可綱，通判金啟等，將士兵召集起來誓死守住寧遠城。
袁崇煥刺出自己的鮮血，寫成文告，讓將士傳閱，更向士卒下跪，激起忠義。
全軍上下在袁崇煥的鼓勵下人人熱血沸騰，決心死戰。
袁崇煥命令將銀一萬一千一百多兩全部提出來，放在城上。袁崇煥說如果士卒有能打中賊敵和不逃避艱險的，當即賞銀一錠，以此來獎賞勇士打退敵人。袁崇煥派滿桂守東門，左輔守西門，祖大壽守南門，朱梅守北門。滿桂提督全城，分將劃守，各負其責，又相互援應。
袁崇煥則坐鎮城中鍾鼓樓上，統觀全局，統率全軍督軍固守。
第三，修台護銃布設火炮。袁崇煥在寧遠城上，實施“以台護銃、以銃護城、以城護民”的措施。
袁崇煥在寧遠城設置西洋大炮。
守關應該在關外守，守城也應該在城外。在城外，就是東邊靠山，北邊正當各個出口，建二堡，勢如鼎足，以互相援救。在馬麵台、四角台，都按西洋法改造，形狀像長瓜子，用來互相救援掎角之勢。
以上是孫元化給皇帝的奏章中提到的用兵之事，孫元化請求皇上讓他去寧遠與袁崇煥料理造銃建台之策。
皇帝準奏。
寧遠城安置的西洋大炮，即是西夷大炮，也就是人們說的紅衣大炮，是英國製造的早期加農炮，具有炮身長、管壁厚、射程遠、威力大的特點，是擊殺密集騎兵的強力火炮。
先前徐光啟練兵購進四門西洋大炮，又經李之藻購進二十六門。共計三十門。其中留都城十一門，炸毀了一門，解往山海關十一門。
這十一門西洋大炮就架設在寧遠城上，成為袁崇煥憑城用炮退敵的強大武器。
金兵逼近寧遠城的時候，袁崇煥聽從王喇嘛的意見，將十一門西洋大炮撤回城內，製作成炮車，設在城上，備足彈藥，由孫元化、彭簪古、羅立等教將士練習燃放。
茅元儀先前親自試過燃放此炮，知道用它的辦法，彭簪古也在京營中受過葡萄牙人的訓練。於是袁崇煥就用茅元儀等人的主意，讓他們到城上設置西洋大炮，防後金兵的南犯。第四，堅壁清野，嚴防奸細。袁崇煥下令把城外客舍、倉庫等設施全部燒毀，以防後金利用，並將城外居民轉移到城內，將糧米偷運到覺華島藏好。
袁崇煥吸取以前遼東兵敗的教訓，捉拿奸細。命同知程維英率部下專管此事，街頭小巷都查過，奸細被抓盡。袁崇煥又派士兵巡守在街巷路口，過往行人，一律查問搜身。因此，隻有寧遠沒有偷將城門打開的叛民，沒有內應後金的奸細。
第五，兵民聯防，送糧運彈。袁崇煥命令通判把守控製城的四方民地，編派民夫，供給守城將士飲食。袁崇煥又派衛官裴國珍帶領城內的商民們，買物料，運矢石，送彈藥。
第六，整肅軍紀，以靜待動。袁崇煥嚴明軍紀，派官員巡視全城，對亂自行動和城上兵下城者即殺。
袁崇煥又下令前屯守將趙率教、在守將楊麒，凡是寧遠有兵將逃回來，一概抓住斬首。山海關有他的上司遼東經略高第鎮守，袁崇煥的職權本來隻能管到寧遠和前屯，山海關總兵楊麒他是管不著的。但這時不管他什麼上司不上司、職權不職權。
袁崇煥的母親和妻子這時也在遼西，大概住在山海關或前屯衛後方。他將母親和妻子都搬到寧遠城中來住。全家和寧遠共存亡的決心，表現得再清楚也沒有了。
全城官兵上下，一心守衛，“以必須這樣的法則來規範，那麼心也就齊了”，這是袁崇煥激勵將士死守寧遠城的方法。寧遠城最後能夠守住，也由於官兵、官民上下一心。
袁崇煥又從後金的奸細那裏，拷問出後金軍的情報，打的是有準備之戰。
一切準備就緒之後，袁崇煥命令全軍偃旗息鼓，以靜製動，等待來敵。
袁崇煥緊張而有序地布置寧遠的防禦事務時，後金汗努爾哈赤正在驅騎急馳奔向寧遠——一場寧遠大戰迫在眉睫。
努爾哈赤統率八旗軍西渡遼河之後，如入無人之境，長驅直入，指向孤立無援的孤城寧遠。
寧遠城，康熙《盛京通誌》載：寧遠州城池，即明之寧遠衛城也。本廣寧前屯、中屯二衛地，無城郭。明宣德三年，總兵巫凱請分二衛地建寧遠衛城。
康熙《寧遠州誌》亦載：
“城本廣寧前屯、中屯二衛地。明宣德三年，總兵巫凱請建寧遠衛於此築城。內城周圍五裏一百九十六步，高三丈；池周圍七裏八步，深一丈五尺。門四：東日春和，南日延輝，西日永寧，北日威遠。外城周圍九裏一百二十步，高如內城。明季增築，門四：東日遠安，南日永清，西日迎恩，北日大定。四角俱設層樓……鍾鼓樓在中街，明都焦禮建，天啟間重修。”
袁崇煥增築的寧遠城，成為據城固守、抵禦後金的堡壘。
二十二日，袁崇煥守城部署安排完畢。
二十三日，八旗軍穿過首山與螺峰之間的隘口，兵臨寧遠城郊。努爾哈赤與袁崇煥展開了明朝與後金關係史上著名的寧遠之戰。
二十三日，八旗軍進抵寧遠後，努爾哈赤命令離城五裏，橫截山海大路，安營布陣，並在城北紮設大營。
袁崇煥初次見到“辮子兵”的威猛。
後金兵都有辮子，在那時，漢人隻要聽到“辮子兵”三字，不由自主的就膽戰心驚，直到十餘年後仍是如此。李自成部下都是身經百戰的悍將健卒，席卷而來，攻破北京，在山海關前的一片石和吳三桂部大戰時，絲毫不落下風。但清兵突然出現，李自成軍中響起“辮子兵來了！辮子兵來了”的驚呼，二十萬大軍就此全軍大潰，一敗塗地。李自成逃出北京，向西急竄，“大順”朝終於覆滅。在那時候，“辮子兵”就是“無敵雄師”的代名詞。袁崇煥並不是比李自成更會打仗，他部下的兵將也並不更為勇猛。但他更加鎮定，更加堅決，他沒有個人的自私欲望，不像李自成那樣想做皇帝。真所謂“無欲則剛”，所以他比李自成更剛強。
但他部下的兵將不是廣東人，主要是遼河兩岸的關外健兒，其他各省的都有。隻因為主帥有“頂硬上”的英銳之氣，部屬也都跟著他“頂硬上”了。
努爾哈赤在發起攻城之前，釋放幾名俘虜來的漢人去寧遠向袁崇煥傳話：
“我這次帶了二十萬大軍來攻，寧遠非破不可。守城官如投降，我一定大加優待，封為大官。”