天启六年（1626年）正月，努尔哈赤得知孙承宗被罢免的消息，立即率领大军西渡辽河。经略高第和总兵杨麟拥重兵于山海关，眼见着宁远被攻击，也不肯去救援。袁崇焕得知后，立即写下血书，与大将满桂，副将左辅、朱梅，参将祖大寿、守备何可纲等将士盟誓，以死守城。努尔哈赤将战争中抓到的明朝百姓放回宁远，并让其劝袁崇焕投降。然而，袁崇焕却一口拒绝。努尔哈赤见劝说不成，于是又率领大军进攻宁远城，并让士兵举着盾牌攻凿城墙。而袁崇焕也不甘示弱，立即命人指挥西洋巨炮，想要炮轰后金军。后金军在巨炮的攻击下溃不成军，战争连续了两日，后金军损失惨重，努尔哈赤只得下令退军。宁远保卫战胜利后，明廷上下欢喜，又升袁崇焕为右佥都御史。可以说，当时的袁崇焕真可谓是步步高升，得意至极。
同年三月，明廷又让袁崇焕担任辽东巡抚，当时的大奸臣魏忠贤派其党羽刘应坤、纪用一同前来镇守。袁崇焕上疏请求将其调离，但却遭到了拒绝。又过了不久，袁崇焕因为与大将满桂发生了矛盾，上疏请求将满桂调往别处，明廷于是召满桂回朝。经略王之臣奏书请求留住满桂，袁崇焕又因此与王之臣闹不和。明廷担心这两个人闹矛盾会影响大事，于是将两人分开，王之臣督关内，袁崇焕守关外。八月，后金军首领努尔哈赤因病去世，袁崇焕派遣使者前往吊唁，以刺探虚实。此后，袁崇焕想要和后金议和，于是自写书一封再次派遣使者前往。