承接上文，袁崇焕在宁远之战中取得大胜。1626年3月，袁崇焕升至辽东巡抚，负责辽东及山海关等地，并开始经营关宁锦防线。然而，魏忠贤见其地位上升，于是增加提防，并派遣其亲信太监刘应坤到宁远监军。袁崇焕上疏反对，但不被采纳。之后朝廷为安抚袁崇焕，提升其为兵部右侍郎，并赏银币，子孙世袭锦衣千户。在此时，满桂因为宁远之战中赵率教未能亲自援救而互相指责，袁崇焕与满桂之间产生激烈冲突，袁上奏请求遣其镇守其他城镇，于是满桂被召还北京。而当时经略王之臣极力反对，并请求朝廷命其镇守山海关。朝廷为了缓和各方矛盾，命令王之臣专守关内，而关外士兵将领由袁崇焕派遣。之后袁崇焕反悔，请求朝廷依照王之臣的建议。满桂于是被调遣镇守山海关，统领关内外部分军队。

基于对廷臣诽谤的担心，袁崇焕上了一道奏章，提出守辽的基本战略。其主张：一、用辽人守辽土；二、屯田，以辽土给养军队，可以减少海运；三、以守为主，等待机会再出击。他担心立功之后，后金必会使反间计，散播谣言，而自己内部必有人妒忌毁谤。同年冬天，袁崇焕率领赵率教及两名特务太监，兴办防御工事及屯田，逐渐收复高第此前放弃的土地。事后，袁崇焕上奏赞许这两名太监的功劳，魏忠贤、刘应坤、纪用三人都得到了封赏。袁崇焕还上奏进言：明朝部队不善于野外作战，只能凭借固守和大炮防御的策略。并要求增加四万部队去修筑松山城等防御设施。后都得到明熹宗的批准。

宁远之战后，明朝急于修建防御工事；而后金则急需军需补给，巩固统治。1626年8月，努尔哈赤病逝，袁崇焕派遣使者去悼念，以窥视虚实。后金的继任者皇太极派遣使者到袁崇焕处，双方想要议和。议和同时，后金部队趁机进攻朝鲜。1627年1月，皇太极率领军队渡过鸭绿江。当时明廷议论议和之事，王之臣以宋朝与金朝的议和历史附议而弹劾袁崇焕。朝廷罢免王之臣辽东经略之职，而山海关内外部队由袁崇焕调遣。之后袁崇焕趁后金部队主攻朝鲜时，派兵修建锦州等地的防御工事。皇太极因此抗议其缺乏和平诚意，并提议划定疆界。当时明朝驻守朝鲜的毛文龙告急，于是明廷命令袁崇焕发兵救援，袁崇焕用海军援助毛文龙，又派遣赵率教等九名将领率领精兵九千进攻三岔河，形成牵制局势。不过当时朝鲜已被后金部队占领，于是军队返回辽东。

袁崇焕议和之初，明廷并不所知。当时奏报时，得到明熹宗的赞许，后改变看法认为并非良策，于是下旨禁止。袁崇焕则因为要修筑防御工事而坚持己见。当时朝鲜与毛文龙部队被后金进攻，朝廷中言官认为是因议和招致的。同年四月，袁崇焕上书道：“关外四城有四十里地，有屯兵六万，商民数十万，现在地少人多。必须修筑锦州、中左、大凌三城，才能转移商民、大量屯田。如果城墙在修筑前敌兵入侵，届时势必撤退，那么此前的努力都失败了。现在趁后金进攻朝鲜，于是用缓兵计为上。当敌方得知消息后，城防已成，于是关外四百里地则可固若金汤了。”之后明熹宗得报后嘉奖。虽然朝廷议论纷纷，不过袁崇焕的山海关-宁远-锦州防线基本构建完成。

1627年5月，朝廷命令尤世禄守卫锦州，尤世禄尚未抵达时，皇太极亲自率领八旗精兵，进攻辽西，攻陷明朝大凌河、小凌河两个要塞，随即进攻宁远的外围要塞锦州。5月11日，后金部队抵达锦州，并四面围城。赵率教率部环城而守，并以缓兵计派遣使者求和，使者三次返回并未成功，而皇太极攻城愈急。袁崇焕于是派遣祖大寿和尤世禄带了四千精兵，绕到清军后路去包抄，又派水师去攻东路作为牵制，并请求关内部队救援。当时明廷命山海关的满桂移师前屯，而驻守三屯的孙祖寿移师山海关，宣府的黑云龙移师一片石，蓟辽总督阎鸣泰移师山海关；又派遣昌平等地兵力驰援上关；并命山西等地的部队进行备战。

锦州城内，赵率教与左辅等率兵奋勇死战，和后金部队从5月11日打到28日，皇太极久攻不下，转而攻打宁远。当时袁崇焕与应坤在城上进行炮击；而驰援的满桂、祖大寿等在城外大战，后双方死伤惨重，满桂身负数箭。后金部队见无法攻下宁远，于是改为进攻锦州。6月4日，皇太极增兵猛攻锦州，锦州城中使用火炮等武器，清兵受创极重。5日皇太极退兵，并拆毁大凌河、小凌河两个要塞，史称“宁锦之战”，是明朝与后金交战的第二次大胜。

虽然袁崇焕带兵辽东大战后金，明朝内部阉党魏忠贤则控制朝廷，朝廷内部阿谀奉承。1627年4月，袁崇焕上奏折，称颂魏忠贤的功德。尽管如此，宁锦之战后，当时朝廷论功行赏，受赏者数百人，廷臣纷纷赞许此战功劳为魏忠贤调度有方，其中魏忠贤的义子也因此封侯，然而袁崇焕只升一级。相反，魏忠贤派使其党羽以袁不救锦州为由，弹劾袁崇焕。袁崇焕不得已请求辞职告老还乡，同年7月获准，而王之臣代为督师兼辽东巡抚。