1627年（明天启七年、后金天聪元年）五月，皇太极率大贝勒代善、二贝勒阿敏、三贝勒莽古尔泰等八旗官兵，再度攻打宁远。

此时宁远城内，袁崇焕与中官刘应坤一起驻守。袁崇焕指挥明军撤进壕内，总兵孙祖寿、副将许定国率军在西面，满桂令副将祖大寿、尤世威等率军在东面，余在四周，分守信地，整备火器，准备迎战。

同时在城外也布列车营，前面挖掘深壕作为屏障，明军都撤到壕内侧安营。袁崇焕此次固守宁远，除“凭坚城以用大炮”外，还布兵列阵城外，同后金骑兵争锋。

五月二十八日清晨，后金军到达宁远，展开激烈的攻守战。萨哈廉、瓦克达等部再遭明军重创。同时锦州分出明军前来支援，后金亦分兵迎击，击败了来援的明军。

皇太极亲率贝勒阿济格与诸将、侍卫、护军等向明军疾驰进击。诸贝勒来不及披甲戴胄，仓促出战。明总兵满桂、副将尤世威率军迎战，短兵相接，互有杀伤。袁崇焕坐镇指挥，明军城上城下互相配合，炮火、箭矢齐发，皇太极大帐被炸毁，后金兵一排排倒下，游击觉罗拜山、备御巴希等被射死，济尔哈朗身受重伤，后金军死伤累累，被迫撤兵。明将满桂也中箭负重伤，士兵亦死伤大半。

五月二十九日，皇太极率军撤离宁远退向锦州，皇太极攻宁远不克，又转攻锦州。遭明军西洋大炮和其他兵器还击，又伤亡数千人。时已六月四日，将士中暑很多，皇太极鉴于围攻宁、锦24天，取胜无望，遂下令撤军，回返沈阳。

初五日凌晨，皇太极开始从锦州撤军。经小凌河城，拆毁明军的工事。初六日，至大凌河城，毁坏城墙，然后东去。皇太极背负“辱名”之痛，于十二日回到沈阳。明朝方面取胜，史称“宁锦大捷“。

袁崇焕逐退满军，遣使告捷，满望明廷降旨叙功，然而满桂、赵率教等人都得到了应有的赏赐，但袁崇焕却因为魏忠贤让他的党羽弹劾其不救援锦州，论功行赏时，只给袁崇焕增加一级官阶，反斥他不救锦州之罪。

崇焕接旨大怒，辞官回乡，圣旨准奏。明廷又以王之臣接替袁崇焕为督师兼任辽东巡抚，驻扎宁远。

皇太极探得此信，方额手称庆，意图再举，只因兵士新败，不得不休养一年，拟至来年出兵。

明天启七年、后金天聪元年，八月二十二日，熹宗朱由校病死。皇五弟信王朱由检继位，颁诏天下，改明年为崇祯元年，是为明思宗。时朱由检十七岁，九月追谥生母贤妃刘氏为皇太后，册妃周氏为皇后。

朱由检出生于北京，明光宗第五子，母为孝纯皇后刘氏，明朝第十六位皇帝，也是明朝作为全国统一政权的最后一位皇帝，年号“崇祯”。

明思宗朱由检继位后，设计将魏忠贤除去，治魏忠贤十大罪，其余党亦被肃清，魏宗贤与直隶河间府阜城县自缢而亡，朱由检诏令将魏忠贤肢解，悬头于河间府

朱由检又把之前冒领军功的人削职。在朝中大臣的建议下，袁崇焕得以重新被启用，被任命为兵部尚书兼任右副都御史，督师蓟辽、兼督登莱、天津军务。

袁崇焕返回京城，上疏陈述兵事，朱由检召见袁崇焕，袁崇焕声称自己可以五年复辽，朱由检对此大加赞赏。当时给事中许誉卿，说袁崇焕言过其实。