努爾哈赤獲悉明軍動向後，趁機西進，於天命十一年正月十四日，親率大軍十三萬，連續攻克錦州、松山、大小淩河、杏山、連山和塔山七城，接著進攻袁崇煥鎮守的寧遠。
寧遠，在河西走廊上佔據有利地形，地理位置形勢險要，易守難攻。當時寧遠城明軍不滿兩萬，袁崇煥與諸將集議後，對城內城外作了周密部署：將城西囤糧運轉到覺華島，令參將姚撫民等率軍守衛；令參將祖大壽領精兵出寧遠西北興水縣瓦窖衝，爲寧遠外援，牽制金兵；令副將王承胤及孟繼孔、姚禹賢、竇成功等各自寧遠四面應援；袁崇煥親率主力，焚燬城外民房、草料，憑城堅守。
更因爲撫順、清河、開原、鐵嶺、瀋陽、遼陽、廣寧，都是由於“內應外合”才失陷的，是以責專人在城內清查奸細；又命前屯守將趙率教、山海關守將楊麒一旦緝獲逃兵逃將，一律處斬。
另外袁崇煥在寧遠城上又修臺護銃，佈設大炮。實施“以臺護銃，以銃護城，以城護民”的部署。他在寧遠城設置18門紅夷大炮（即西洋大炮）。這些紅夷大炮都是從澳門先後購進的具有炮身長、管壁厚、射程遠、威力大的特點，是擊殺密集騎兵的強力火炮。
明朝一丟撫順、二丟清河、三丟開原、四丟鐵嶺、五丟瀋陽，六丟遼陽、七丟廣寧、八丟義州。努爾哈赤從來都是戰無不勝、攻無不克。可是袁崇煥的出現卻改變了大明與後金的命運。此是後話。
正月二十三日，八旗軍穿過寧遠城東五裏處的首山與螺峯山之間隘口，兵薄寧遠城郊。離城五裏，橫截山海大路，安營佈陣，在城北扎設統帥大營。
努爾哈赤在發起攻城之前，先釋放被虜漢人回寧遠城，傳勸投降。袁崇煥斷然拒絕後向城北八旗軍大營，施放西洋大炮。努爾哈赤見袁崇煥既拒投降，又發炮轟擊大營，命準備戰具，次日攻城。
二十四日至二十六日整整三天，從清晨至深夜，八旗精兵前仆後繼，冒死不退，推楯車、運鉤梯、頂着炮火，用楯車撞城、冒着嚴寒，用大斧鑿城。明軍用矢石、鐵銃和西洋大炮下擊，更用蘆花、棉被裝裹火藥燒殺挖城牆的八旗兵勇士———“火星所及，無不糜爛”。八旗兵死傷累累，屍積城下，損失慘重。但仍不能攻克，反而死傷更多，努爾哈赤被迫停止攻城，退到西南側離城五裏的龍宮寺紮營。