天启六年（后金天命十一年，年）正月十四日，努尔哈赤亲率诸贝勒统领八旗大军，向明朝发动了新的大规模进攻。后金兵将如入无人之境，未遇任何抵抗，一往无复顾忌，直取宁远。二十三日，抵达宁远城郊。

努尔哈赤到底是一个谋略很深的人，他以攻心为上，想收到不战而得之效，遂先派被俘汉人进城给袁崇焕传信：“我以万大军攻此城，定能攻破。你们若肯投降，马上封以高爵！”袁崇焕反唇相讥：“汗为何向宁锦加兵？这都是你抛弃的地方，我既已恢复，就有责任死守，岂有投降之理？你说出兵万，是虚夸之数。我已知道你的兵力只有万，我又怎能对此数嫌少呢！”

袁崇焕对后金的进攻早就做好了迎战的准备，他已决定与宁远卫共存亡，并精心进行了军事部署。

当后金兵渡辽河的消息传来后，袁崇焕命令中左所、右屯等处兵马及宁远城外的驻军，连同西洋大炮，一并撤入宁远城防守，集中兵力，严阵以待后金兵马到来。接着袁崇焕又实行坚壁清野。传令住在城外的百姓携带守城工具迁入城里，所剩屋舍与积蓄全部付之一炬，使后金兵到此一无所获。同时在防务上实行严密分工，集中指挥。袁崇焕令同知程维模督察奸细，防止后金派人混进城中刺探军情；通判金启家编排民夫，供给饮食；卫官裴国珍负责采办物料；总兵满桂提督全城的防务，自己则总督全局。

袁崇焕深知，以宁远城一万余人的兵力，抵抗十数倍于己的敌人，关键是要激发起全城军民同仇敌忾的抗战热情，树立起敢战敢胜的无畏勇气。他召集大将满桂、参将祖大寿、守备何可纲等，把全城官兵集中在一起，慷慨激昂地进行了战前动员。讲到激愤时，袁崇焕突然拔出佩刀，手起刀落，左臂赫然出现一道血口，鲜血顿时喷涌而出。他用右手食指蘸着鲜血，在众目睽睽下血书急就而成。袁崇焕托起血书，面对全体将士，双膝下拜，郑重委托他们一定要不惜一切牺牲，坚守住宁远这座孤城。袁崇焕全城军民都为袁崇焕的壮举所深深打动，纷纷表示愿与宁远城共存亡。他们迅速行动起来，不能登城打仗的，就参加后勤供应，连那些文弱书生也投笔从戎，负责把守城内各巷口。为了防止军心民心动摇，袁崇焕与军民约定，战斗中有乱行动者即杀，城上的人有擅自下城者即杀。他通令守前屯的赵率教、守山海关的杨麒，凡从宁远脱逃经其处者，逮住即杀，如若放跑一人，惟赵、杨是问。经过一番严密的组织动员，宁远全体军民把共同的命运都维系在宁远一战的得失成败上了。

袁崇焕抱定如此誓死守城的决心，努尔哈赤的诱降之计又怎能得逞？回答他的是从宁远城上发出的隆隆炮声。后金军队猝不及防，被炸死伤数十人，不敢久留。忙把营帐迁至城西侧。

努尔哈赤见攻心失败，遂调整兵马，二十四日下令发起对宁远城的总攻。他选择了明军防守力量薄弱的西南角作为攻击点，企图由此突破，并可以阻击从山海关调来的援兵。努尔哈赤横刀跃马，亲自指挥攻城。

城内，袁崇焕正与几个幕僚闲谈，得到后金攻城的警报后，他面无忧色，镇定如常，立即乘轿至敌楼，令城上的兵民偃旗息鼓，不要发出声响。待后金兵近城，进入射程之内，袁崇焕一声令下：“开炮！”忽听一声巨响，架在城上的西洋大炮开始发挥威力，震得城墙都发颤。袁崇焕笑着说：“敌人攻城，正好让他们尝尝西洋大炮的滋味！”他推开窗子，俯视城外，后金人马蔽野，骑兵、步兵、循车、钧梯一拥而至。

后金采取楣车与步骑相结合的“结阵”法攻城，却抵挡不住威力强大的西洋大炮。只要一被击中，檐车便炸得粉碎，后金士兵更是血肉横飞。但后金毕竟人多，他们不顾死伤累累，踏着同伴的尸体拼命向城下推进，一些栀车已直抵城墙脚下，猛烈地撞击着城墙。冲到城下的后金士兵，在循车的遮护下也开始凿城，不多时，宁远城下已有三四处高约二丈余的墙被凿出了一个个大窟窿。情况万分危急！