1621年（明天启元年、后金天命六年），后金军继辽沈之战获捷后，又克广宁（今辽宁北镇）等40余城堡，并诡计进兵山海关。当辽西重镇广宁失陷的动静传到京师，明廷大为震动，上下一片慌乱，袁崇焕却很沉着，单独单骑出关巡阅形势，回来后报复那种畏敌言行，并声称：“予我军马钱谷，我一人足守此。”
1623年（明天启三年、后金天命八年）九月，孙承宗命袁崇焕与副总兵满桂领兵万余驻防宁远。袁崇焕挠紧练兵屯田，根据以台护铳、以铳护城、以城护民原则修建城堡，亲定例造，城高3丈2尺，雉高6尺，址广3丈，上广2丈4尺。宁远城成，遂为屏障山海关的军事重镇。
1626年（明天启六年、后金天命十一年）努尔哈赤亲统八旗号角称十三万。正月十四出沈阳，十七日西渡辽河，曲逼宁远。此时孤城宁远守军不满两万，前有强敌，后无援兵，形势邪恶。袁崇焕临危不惧，召集诸将议战守，决定摘取坚壁清野之策，组织全城军民配合守城。他在寡将士面前刺血为书，誓与宁远共存亡，兵民为之感奋。
正月二十三日，后金军进抵宁远，离城五里横截山海大道，扎营布阵，割断宁远与关内的联络，在城北扎设大营。努尔哈赤遣被掳汉人进城劝降，被严辞回绝。袁崇焕命罗立等向城北后金军大营燃放西洋大炮，后金军伤亡甚重，被迫将大营西移。正月二十四日晨，努尔哈赤策动攻城，命后金军推楯车、运钩梯，步骑簇拥攻城西南角，万矢齐射城上，城堞箭镞如雨注，悬牌似猬刺。袁崇焕命发西洋大炮，又杀伤后金军甚寡。
明军守将袁崇焕，因为宁远大捷而威名远扬，为金军征明的第一大敌。此次战争获胜，有“肯守之人”和“必守之心”当然是第一位的。但要论实正让金兵感应胆冷恐惧，使明军在军事手艺和战术上明显超出跨越敌手一个层次，从而打败打败努尔哈赤的，却是11门西洋大炮。
那种西洋大炮于明天启初经澳门输进中国。因其来自红发红须的荷兰人之手，故也称“红夷大炮”。据说那种大炮前后共输进30门，除18门留在京师，1门试放时炸死，余皆调往宁远。其时宁远的明军把那种西洋大炮巧妙地纳进宁远的城防系统。
明朝与后金的宁远之战，以明朝的成功和后金的失败而完毕。明朝由“宁远被围，举国汹汹”，到闻报宁远捷音，京师士庶，空巷相庆。宁远大捷是明朝从抚顺失陷以来的第一个胜仗；兵部尚书王永光向皇帝盛赞袁崇焕的功绩，称“辽左起事，各城看风奔溃，八年来贼始一挫”的一个大胜仗；也是“遏十余万之强虏，振八九年之积颓”的一个大胜仗。明天启帝旨称：“此七八年来所绝无，深足为封疆吐气！”。与明相反，努尔哈赤原议师略宁远城，攫取山海关，不意败在袁崇焕手下。其时袁崇焕43岁。
努尔哈赤自万历十一年(1583)起兵以来，在同一女实各部的战争中，以及征伐蒙古、明朝的战争中，几乎所向披靡，无往而倒霉，创造了一个个攻无不克、战无不堪的神话。但是，在他对明的最初一战中，其44年的兵马生活生计遭到了最严峻的挑战。宁远之役，不只使金兵伤亡惨重，更使努尔哈赤极端骄傲的心理遭到重创，并在不久之后郁郁而末。