努尔哈赤获悉明军动向后，趁机西进，于天命十一年正月十四日，亲率大军十三万，连续攻克锦州、松山、大小凌河、杏山、连山和塔山七城，接著进攻袁崇焕镇守的宁远。
宁远，在河西走廊上占据有利地形，地理位置形势险要，易守难攻。当时宁远城明军不满两万，袁崇焕与诸将集议后，对城内城外作了周密部署：将城西囤粮运转到觉华岛，令参将姚抚民等率军守卫；令参将祖大寿领精兵出宁远西北兴水县瓦窖冲，为宁远外援，牵制金兵；令副将王承胤及孟继孔、姚禹贤、窦成功等各自宁远四面应援；袁崇焕亲率主力，焚毁城外民房、草料，凭城坚守。
更因为抚顺、清河、开原、铁岭、沈阳、辽阳、广宁，都是由于“内应外合”才失陷的，是以责专人在城内清查奸细；又命前屯守将赵率教、山海关守将杨麒一旦缉获逃兵逃将，一律处斩。
另外袁崇焕在宁远城上又修台护铳，布设大炮。实施“以台护铳，以铳护城，以城护民”的部署。他在宁远城设置18门红夷大炮（即西洋大炮）。這些红夷大炮都是从澳门先后购进的具有炮身长、管壁厚、射程远、威力大的特点，是击杀密集骑兵的强力火炮。
明朝一丢抚顺、二丢清河、三丢开原、四丢铁岭、五丢沈阳，六丢辽阳、七丢广宁、八丢义州。努尔哈赤从来都是战无不胜、攻无不克。可是袁崇焕的出现却改变了大明与后金的命运。此是后话。
正月二十三日，八旗军穿过宁远城东五里处的首山与螺峰山之间隘口，兵薄宁远城郊。离城五里，横截山海大路，安营布阵，在城北扎设统帅大营。
努尔哈赤在发起攻城之前，先释放被虏汉人回宁远城，传劝投降。袁崇焕断然拒绝后向城北八旗军大营，施放西洋大炮。努尔哈赤见袁崇焕既拒投降，又发炮轰击大营，命准备战具，次日攻城。
二十四日至二十六日整整三天，从清晨至深夜，八旗精兵前仆后继，冒死不退，推楯车、运钩梯、顶着炮火，用楯车撞城、冒着严寒，用大斧凿城。明军用矢石、铁铳和西洋大炮下击，更用芦花、棉被装裹火药烧杀挖城墙的八旗兵勇士———“火星所及，无不糜烂”。八旗兵死伤累累，尸积城下，损失惨重。但仍不能攻克，反而死伤更多，努尔哈赤被迫停止攻城，退到西南侧离城五里的龙宫寺扎营。