在这“存辽弃辽”的关键时刻，袁崇焕再一次据理力争，指出：“三城(锦州、右屯、大凌河)已复，安可轻撤。锦、右动摇，则宁、前震惊，关门亦失保障。”高第决定孤注一掷，强令袁崇焕撤离宁远。袁崇焕大义凛然地说：“我宁前道也，官此当死此，我必不去!”拒绝弃城出逃。但是，更为不幸的是，此时朝中主昏政暗，魏忠贤阉党权势熏天，专制朝政，左副都御史杨涟疏劾魏忠贤24条罪状，反遭其陷，导致首辅叶台山、次辅韩(火广)相继遭罢黜，吏部尚书赵星南等朝臣获狱被逐，一时朝政废弛，殃及边关。

天启六年(公元1626年)正月，后金侦察得知明朝经略已易，于是，努尔哈赤率大军西渡辽河，克锦州、凌河、松山等，接着以重兵包围宁远孤城。袁崇焕即召集众将商议对策，部署方略，决定死战。这是一场惊心动魄的恶战，一连血战三天三夜，终于打退努尔哈赤号称20万大军的进攻，保住了宁远城。激战中，敌主帅努尔哈赤亲临前线指挥，袁崇焕在敌楼上看见，即命炮手将从福建运来的红夷大炮瞄准炮轰，击毙其坐骑，努尔哈赤也被击伤坠马受了重伤，这是其挥师南下大小数十战惟一的失败，不久即在忿恨、抑郁中死去。这次战役明军以少胜多，取得抗击后金的首次胜利，史称“宁远大捷”。袁军因此威震边关，袁崇焕也因功绩卓著晋升辽东巡抚，其父子鹏赠兵部右侍郎右佥都右御史副使，嗣子兆基原荫锦衣卫千户加封世袭锦衣卫指挥佥事。

天启七年(公元1627年)五月，努尔哈赤之子皇太极誓师报仇，亲率10万大军西下，攻锦州。身为辽东巡抚的袁崇焕闻讯，即召集众将部署战务，一面令将士死守锦州，一面令宁远守军坚守待敌。还令诸将分派各地，坚壁清野，相机战守，会同关门镇臣节节防御，务必将修筑多年的宁远防线牢牢守住。锦州被围打得尤为惨烈，明军执行袁崇焕“守为正著”的军事策略，据城死守，每战必胜，使后金屡攻不下而受挫。

是月二十八日，皇太极转而集中力量战于宁远，在灰山、窟窿山、首山一带分成九营，形成对宁远城包围之势。袁崇焕率将士奋起迎战，他刺写血书激励将士，并命令运用红夷大炮轰击，又遣城外以骑兵野战，以战车拒敌，勇猛拼杀，“相机攻剿”，后金兵伤亡惨重，难以靠近城下。袁崇焕虽受利箭射伤，血染战袍，但他昼夜督战于城楼上。次日，皇太极又组织连番进攻，竟未能越城池一步，遂率军撤离宁远，退向锦州，锦州守军不以后金威迫利诱所动，凭借坚城深壕，配以火炮利箭顽强抵抗，重创敌军。经过将近1个月的血战，明军伤亡过半，但城池岿然不动，皇太极更是损兵折将，剩下不足5万人，不得不下令撤军退回沈阳。这是袁崇焕坐镇后明军对后金的第二次大血战，获得了震动关内外的又一次重大胜利，史称“宁锦大捷”。

两次大战之后，家乡朋友专程来边关探望他，告诉他命里有灾劫，功高必招损，应急流勇退，明哲保身。袁崇焕不以为然，临别，赋诗《边中送别》以赠，诗云：