努尔哈赤率大军抵达宁远城下，驻扎于宁远城西北方向的城外。

努尔哈赤称自己有二十万大军，希望能劝降袁崇焕。

袁崇焕回信称努尔哈赤不过十三万军队，以此表现自己对努尔哈赤军力的了解，拒绝投降。

努尔哈赤见劝降无果，便命令大军开始攻城。

而袁崇焕在建奴开始攻城之后，还与朝鲜的使臣韩瑗等人谈笑风生。

在听到炮声后，朝鲜使者吓得惊慌失措，而袁崇焕则对着惊吓的韩瑗等人笑着说道：“贼至矣！”

此后几天里，努尔哈赤以楯车和重骑兵轮番猛攻宁远城。

袁崇焕则指挥明军用红夷大炮、火铳等火器还击，并不断用石块堵住被后金军在城墙上凿开的窟窿。

宁远城内军民的顽强抵抗，给建奴带来了巨大的伤亡。

见久攻不下宁远城，努尔哈赤不得不决定撤军，撤军前努尔哈赤还派兵渡过结冰的大海，杀尽了觉华岛上的大明军民以泄愤。

在努尔哈赤撤军前，大明朝廷对宁远城的防守并没有抱太大希望。

然而袁崇焕却指挥宁远城内的明军，取得了自萨尔浒之战以来，大明第一次对后金正面交锋的胜利，因此此战被大明朝廷称为“宁远奇捷”或“宁远大捷”。

当捷报传到北京市，大明朝野为之欢呼，天启帝称，“此七八年来所绝无，深足为封疆吐气”，遂加封袁崇焕为都察院右佥都御史衔。

后来又任命袁崇焕巡抚辽东、山海等处，赋予便宜行事之权。

没过多久，天启帝又加封袁崇焕为兵部右侍郎兼都察院右佥都御史，恩荫其一子世袭锦衣卫正千户，赏银四十两，纻丝三表里。

宁远之战后，袁崇焕本来希望自己能统一辽东事权。

而他也的确得到兵部尚书王永光的支持。

在二人的建议下，大明朝廷开始讨论，是否应该裁大明派驻在辽东的经略及总兵，将辽东所有的事权统一于辽东巡抚的方略。

然而天启帝并未听从此建议，不仅如此，天启帝还派出了六名宦官到辽东充当监军。

又将辽东经略改为辽东督师，并用王之臣取代高第出任辽东督师，位在袁崇焕之上。

同年夏，袁崇焕麾下两员将领——驻守前屯卫的赵率教和驻守宁远的满桂不和。

袁崇焕此次站在了赵率教一方，向明廷请求将让赵率教统领关外之兵，调离满桂。

但袁崇焕上书前，并未与刚上任的辽东督师王之臣商量，而王之臣也反对袁崇焕这种做法，袁崇焕因此与王之臣不和，一度请求辞职。

后来在大明朝廷的调解下，袁崇焕上书自责，并同意留下满桂镇守山海关，赵率教移镇宁远。