大英明汗努尔哈赤鉴于柳河战后，明阁臣孙承宗罢归，尤其是高第撤防，认为迸兵的时机到了。出兵之前，大额驸李永芳建议攻取宁远城。汉官张孝诚的意见更具有代表性，他说：先得宁远，设兵置器，再诱攻山海，从一片石入关，出其不意，攻其不备，收掠通州的谷物，直到明帝京城。以把皇帝的财宝都得来。在上下纷议中，努尔哈赤也认为明兵软弱，宁远城抗不住八旗兵攻击[5]，明经略高第撤军入关，造成了后金上下的轻敌思想。
明天启六年(公元1626年，天命十一年)正月十四日，大英明汗努尔哈赤从沈阳统率大军十三万，号称二十万向西进发。十六日到达东昌堡，十七日渡过辽河，北越广宁大路，南达海岸，八旗兵分路挺进，行军到西平堡时，捕获几个明军哨卒，从供辞中知道，明军没有大部队防守，仅右屯卫守兵一千，大凌河城守兵五百，铞州守兵三于。后金大军一到，右屯卫守城参将周守廉、锦州游击肖圣、中军张贤、都司吕忠，松山参将左辅、中军毛凤翼和大小凌河、杏山、塔山等各处军民便焚烧房屋、谷物，毫无抵抗，纷纷逃走。二十三日，后金兵临宁远城下。又越城五里，驻兵七大营[6]，横断通往山海关大路。
大英明汗努尔哈赤统兵渡过辽河以前，袁崇焕已经得到了消息，他与总兵官满桂、同知程维楧等闭门待战，计算后金兵从三岔河到宁远的行程和日期，对于城内城外做了周密的部署。先贮备军粮，将城西龙宫寺的囤粮运入觉华岛。以参将姚抚民、胡一宁、金冠，游击季善、张国青、吴游击等率领水师四大营，战船二千多艘，兵将、商民近三万多人进行守卫。因为天寒封冻，命令兵卒凿冰十五里，以防后金兵履冰入岛[7]。其次，设牵制之兵。令修武营参将祖大寿统领营内健卒，汇合副将朱梅、游击马爌、邓茂林的士兵，出宁远西北兴水县瓦窖冲，以为宁远外援。以副将王承胤、肖升左领兵沿红罗山一带城堡随时策应。其他官员孟继孔、孙呈惠、王太运、周良驭、张存仁、余国凤、戴光祖、孙定辽、赵邦宁等领兵，或一、二百，或数千，各自为营，从宁远以北应援。水营游击姚禹贤、乔桓、季士登、都司王锡斧、守备王鳌、查应才等，选船上qiáng健水卒从南面策应。中右所位居宁远之后，由城守刘永昌、尤岱死守。宁远西部由各堡主将窦成功等各率本部兵马应援。前屯卫由总兵赵率教守卫。又下令说，如果有一名溃卒逃至，必须立即逮捕，以贼论死。放一个兵卒过前屯卫，拿赵总兵论罪。山海关由总兵官杨麒固守，放一个兵卒入关，逮杨总兵问罪。同时，与察哈尔林丹汗等蒙古通了消息，约他们届时及时策应。
宁远城是袁崇焕亲自督修的，城脚以大石头砌成，城基入地深达五尺。袁崇焕、满桂、程维楧、何可刚，左辅等率领守城兵四、五万人，其中以广武营善于用火器的闽卒，架设新从葡萄牙输入的巨pào，与中左所都司陈兆兰、徐敷辏所率领的步兵共同坚守，命令总兵官标下的内丁助守四门。袁崇焕亲自督促内丁专在城内搜捕、拿获“jian细”。命令中军孙绍祖、何可刚、霍一厚、李国辅、huáng惟正，彭簪古等人在四门督战[8]。为了鼓舞士气，坚定守城军民的信心，袁崇焕刺臂写血书、烹体肉，椎牛、杀马，大饷士卒，激励全体军民，誓与城池共存亡[9]。
正月二十四日午前，朝鲜王国的译官韩瑗，因为随从使臣去北京，路经宁远城，暂时住在城中，他正陪着袁崇焕与数名幕僚闲谈之间，探马官前来报告，说后金军已经到达。袁崇焕同译官乘轿到了指挥的战楼，与韩瑗并肩登楼，面无忧色，从容不迫，谈古论今。顷刻之间，pào声巨响，震动天地。崇焕见译官畏俱，便笑着说，敌兵已经到了。
大英明汗努尔哈赤统率八旗兵从四面八方向宁远城进围，刹时间包围了宁远城。大额驸李永芳统兵攻打东门，余军四面bī攻，重点攻击城的东南角。前锋攻城兵身披铁铠二重，号为“铁头子”。以此军推双轮战车进战在前。战车以槐、榆二木重板做成，厚八寸，高八尺，形如轿，上覆生牛皮，内藏勇士数人，每战以此攻具紧靠城墙，上挡敌锋，勇士在内奋力凿城。城上明军见八旗兵攻城很猛，就以西洋大pào轰击，顿时pào火连天，后金兵许多人被pào火击中，尸积遍野，但城下铁头子兵，仍然不肯退缩，继续凿城不停。两军从白天战到huáng昏，城上的火把通明。明军推出护城的木柜，半边卡在城堞之内，半边伸出墙外，柜中埋伏甲士多人，俯下she箭，如此数次，还是没有办法击中铁头子军，城墙的下半部已经有数十处，都被凿成了凹形，大有破城之势。合城百姓顿时慌乱，袁崇焕却镇静如故，命令以柴草浇上油，再加上火药，用铁绳子系到城下，或以柴、棉等物，搀硝磺、松脂焚烧。后金战车纷纷起火、炸毁，烧死了很多铁头子军，纷纷退下。这时明军乘机猛烈地发pào轰击，努尔哈赤正在奋力督战时，突然被pào火击中，受了重伤。因此八旗兵不得不全部退出战场，集结到龙宫寺。
大英明汗努尔哈赤身负重伤，各旗贝勒、大臣准备再战破城。这时，袁崇焕派人手持礼物下书激将，书中说：“老将横行天下，今日败在小子之手，岂非天数耶!”努尔哈赤对此异常镇定，以良马一匹作为回礼，送回使者，并回话：约期再战。袁崇焕乘后金军撤退的机会，派五十多名健卒缒下城去，用棉花、火药等，将后金兵丢下的战车，攻城的战具全部焚毁，拾回十多万枝箭镞，积极加qiáng战备。
二十五日，后金八旗众贝勒、大臣决定再次攻城，以什乌里额驸佟养性攻夺东门，八旗兵分成百队，环城进攻。守城兵把火药放在芦花被褥中，卷起来，号称“万人敌”。当后金众贝勒督率八旗兵拥进外城，围困内城的时候，士兵见遍地都是被褥，不识其中的用意，各个争相夺取。城上守军把火箭、硝磺掷在被褥上，立即纷纷爆炸，八旗军死伤惨重。明宁远守城军卒士气大振，战斗情绪十分高昂。战士登陴而战，每she中一箭，伤一敌，都鼓掌互相鼓励。双方接战不久，八旗士卒的锐气大挫。努尔哈赤不得不再次退兵。袁崇焕见胜局已定，便派人到关上报捷[10]。
二十六日，大英明汗努尔哈赤在败兵之后，发现距离宁远城二十里海中的觉华岛是袁崇焕贮存粮食的地方，便急令武纳格等率领八旗蒙古，并增助八百多女真兵，向觉华岛冲击。觉华岛的守军在风雪严寒之中，穿冰不息，穿了又结，冰层不断地加厚，士卒辛苦万端，有的手指都被冻掉了。辰时，八旗蒙古分兵十二路，踏冰入岛。明觉华岛守卒身无盔甲，多数都是水手，不善于战阵，见敌军攻来纷纷溃败。八旗兵瞬息之间攻上了东山。巳时，又占领了西山。明四大营兵、商民全部被杀。午时，袁崇焕还坐镇城中享受胜利的喜悦，突然发现龙宫寺方向huáng烟腾空，才觉悟到觉华岛的粮草被后金兵焚毁了。
当天下午，后金众贝勒、大臣考虑到三岔河以东的安危和见到明朝援军四面bī来，不能久留，就抬着大英明汗努尔哈赤迅速东撤。一路上，士卒痛哭不止。后金军撤到距离宁远城三十里外兴水县的白塔峪(今兴城县西北“白塔峪”)堡扎营。这时，努尔哈赤十分懊悔，他责备李永芳说：你说此城易破，为什么这样难攻?二十七日，大军经过右屯卫。二月初九日，回到沈阳城[11]。