高第以兵部尚书经略蓟、辽，驻山海关。枢臣经略高第进士出身，素不知兵，以谄附阉党得受封疆重任。高第曾力扼孙承宗守关外以捍关内、先固守以图恢复的积极防御方略，及抵关之后，借柳河兵败为由，下檄山海总兵马世龙，令弃关外城堡，尽撤关外戍兵。高第完全采取不谋进取、只图守关的消极防御策略。
先是，孙承宗和袁崇焕等督率军民，在关外辛勤经营四年，缮城修堡，备炮制械，设营练兵，拓地开屯，劳绩十分显著。《明史·孙承宗传》载：
承宗在关四年，前后修复大城九、堡四十五，练兵十一万，立车营十二、水营五、火营二、前锋后劲营八，造甲胄、器械、弓矢、炮石、渠答、卤楯之具合数百万，拓地四百里，开屯五千顷，岁入十五万。（《明史·孙承宗传》第250卷）
至是，高第同孙承宗相左，色厉内荏，畏敌如虎，折辱将士，撤防弃地。他命尽撤锦州、右屯、大凌河、宁前诸城守军，将器械、枪炮、弹药移至关内，放弃关外四百里。锦州、右屯、大凌河三城，为辽东明军的前锋要塞，如仓促撤防，使已兴工修筑的城堡毁弃，布置戍守的兵卒后退，安顿垦耕的辽民重迁，已复二百里的封疆丢失。袁崇焕力争兵不可撤，城不可弃，民不可移，田不可荒。他具揭言：
兵法有进无退。锦、右一带，既安设兵将，藏卸粮料，部署厅官，安有不守而撤之〔理〕？万万无是理。脱一动移，示敌以弱，非但东奴，即西虏亦轻中国。前柳河之失，皆缘若辈贪功，自为送死。乃因此而撤城堡、动居民，锦、右摇动，宁、前震惊，关门失障，非本道之所敢任者矣。（王在晋：《三朝辽事实录》第15卷）
经略高第凭借御“赐尚方剑、坐蟒、玉带”的势焰（《明熹宗实录》第64卷），不但执意要撤锦州、右屯、大凌河三城，而且传檄撤防宁、前。宁前道袁崇焕斩钉截铁地表示：
宁前道当与宁、前为存亡！如撤宁、前兵，宁前道必不入，独卧孤城，以当虏耳！（周文郁：《边事小纪》第1卷）
高第无可奈何，只撤锦州、右屯、大凌河及松山、杏山、塔山守具，尽驱屯兵、屯民入关，抛弃粮谷十余万石。这次不战而退，闹得军心不振，民怨沸腾，死亡塞路，哭声震野。
宁前道袁崇焕既得不到兵部尚书、蓟辽经略高第的支持，又失去其座师大学士韩爌和师长大学士孙承宗的奥援，在关外城堡撤防、兵民入关的极为不利情势下，率领一万余名官兵孤守宁远，以抵御后金军的进犯。
后金汗努尔哈赤在占领广宁后的四年间，虽派兵夺取旅顺，但未曾大举进攻明朝。这固然因后金汗忙于巩固其对辽沈地区的统治——整顿内部，移民运粮，训练军队，发展生产，实行社会改革，镇压汉民反抗；同时，更由于孙承宗、袁崇焕等边防工作井然有序，无懈可击。因此，努尔哈赤鸷（zhì）伏不动，等待时机。善于待机而动的努尔哈赤，曾值熊廷弼下台之机，夺占辽、沈；这次又得到孙承宗罢去，高第撤军向关内，宁远孤守的哨报，决定师指宁远城，进攻袁崇焕。
天启六年即天命十一年（1626）正月十四日，后金汗努尔哈赤亲率诸王大臣，统领六万大军，号称二十万，往攻宁远。十六日，至东昌堡。十七日，西渡辽河。八旗军布满辽河以西平原，清官书称其前后络绎，首尾莫测，旌旗如潮，剑戟似林。八旗劲旅像狂飙一样，扑向宁远，“远迩大震”（《明史·满桂传》第271卷）。
明经略高第和总兵杨麟，闻警丧胆，计无所出，龟缩山海，拥兵不救。如道臣刘诏等要统兵二千出关应援，高第令已发出的兵马撤回；李卑援兵蜷缩在中后，李平胡的援兵不满七百人，又退至中前。所以“关门援兵，并无一至”（《明熹宗实录》第68卷）。袁崇焕既后无援军，又前临强敌：八旗军连陷右屯、大凌河、小凌河、松山、杏山、塔山、连山等七座城镇。宁远形势愈加对努尔哈赤有利。
袁崇焕驻守孤城宁远，城中士卒不满二万人。但城中兵民，誓与城共存亡。尤以“自虏中拔归者，俱愤怨，可一当百”（茅元仪：《督师纪略》第8卷）。他召集诸将议战守：参将祖大寿力主未可与争锋，塞门奋死守；诸将皆赞同祖大寿之议。宁前道袁崇焕面临强敌，后无援师，临危不惧，指挥若定。他采纳诸将的议请，作了如下守城准备：
第一，制定兵略，婴城固守。宁远战前，彼己态势，强弱悬珠。袁崇焕前临强敌，后无援兵，西翼蒙古不力，东翼朝鲜无助，关外辽西，宁远孤城，故只有扬长避短，凭城固守。他尝言：“守为正著，战为奇著，款为旁著。以实不以虚，以渐不以骤。”（《明熹宗实录》第84卷）他汲取抚、清、开、铁、沈、辽失守之惨痛殷鉴，决意凭城而守，拼死而守。敌诱不出城，敌激不出战。宁远守略，要在固守。
第二，激励士气，画地分守。袁崇焕偕总兵满桂，副将左辅、朱梅，参将祖大寿，守备何可纲，通判金启倧等，集将士誓死守御宁远。他“剌血为书，激以忠义，为之下拜，将士咸请效死”（《明史·袁崇焕传》第259卷）。他命将“库银一万一千一百有奇，置之城上，有能中贼与不避艰险者，即时赏银一锭”（《明熹宗实录》第70卷），以赏勇退敌。又派满桂守东面，左辅守西面，祖大寿守南面，朱梅守北面；满桂督全城，分将画守，相互援应。袁崇焕则坐镇城中钟鼓楼之上，统揽全局，督军固守。
第三，修台护铳，布设火炮。袁崇焕在宁远城上，实施“以台护铳，以铳护城，以城护民”的措施（徐光启：《谨申一得以保万全书》，《徐光启集》）。西洋大炮即红夷大炮（红衣大炮），为英国制造早期加农炮，具有炮身长、管壁厚、射程远、威力大的特点，是击杀密集骑兵的强力火炮。先是，澳商闻徐光启练兵购进四门，又经李之藻购进二十六门，共三十门，其中留都城十八门、炸毁一门、解往山海十一门。这十一门西洋大炮成为袁崇焕凭城用炮退敌的强大武器。敌兵逼临，袁崇焕从王喇嘛等议，将西洋大炮十一门入城，制作炮车，挽设城上，备足弹药，由孙元化、彭簪古、罗立等教习燃放。先是，茅元仪“亲叩夷，得其法”（茅元仪：《督师纪略》第12卷）；也在京营中受过葡萄牙人的训练。遂用茅元仪等议，来城上设置西洋大炮，防御后金兵的南犯。
第四，坚壁清野，严防奸细。袁崇焕令尽焚城外房舍、积刍（chú），转移城厢商民入城，转运粮米藏觉华岛。又以同知程维楧率员稽查奸细，“纵街民搜奸细，片时而尽”（《明熹宗实录》第72卷）；派诸生巡守街巷路口。所以，“宁远独无夺门之叛民，内应之奸细”（《明熹宗实录》第68卷）。
第五，兵民联防，送食运弹。袁崇焕令通判金启倧按城四隅，编派民夫，供给守城将士饮食。又派卫官裴国珍带领城内商民，鸠办物料，运矢石，送弹药。
第六，整肃军纪，以静待动。袁崇焕严明军纪，派官员巡视全城，命对擅自行动和城上兵下城者即杀。官兵上下，一心守城，“以必一之法，则心无不一，此则崇焕励将士死守之法。其所以完城者，亦在此”（《明季东莞五忠传·袁崇焕传》）。他又从后金细作处，获取先报，得以为备。一切准备就绪之后，偃旗息鼓，以静待敌。
袁崇焕在紧张而有序地防御宁远，后金汗在驱骑急驰而整肃地奔向宁远——一场宁远大战迫在眉睫。
努尔哈赤统率八旗军西渡辽河之后，长驱直入，指向四虚无援的孤城宁远。
二十二日，袁崇焕守城部署甫定。翌日，八旗军穿过首山与螺峰之间形如关门之隘口，兵薄宁远城郊。努尔哈赤与袁崇焕展开了明朝与后金关系史上著名的宁远之战。
二十三日，八旗军进抵宁远后，努尔哈赤命离城五里，横截山海大路，安营布阵。并在城北扎设大营。努尔哈赤在发起攻城之前，释放被掳汉人回宁远城，传汗旨，劝投降；但遭到袁崇焕的严词拒绝。《清太祖武皇帝实录》载：
放捉获汉人，入宁远往告：“吾以二十万兵攻此城，破之必矣！尔众官若降，即封以高爵。”宁远道袁崇焕答曰：“汗何故遽加兵耶？宁、锦二城，乃汗所弃之地，吾恢复之，义当死守，岂有降理！乃谓来兵二十万，虚也，吾已知十三万，岂其以尔为寡乎！”（《清太祖武皇帝实录》第4卷）
袁崇焕拒绝努尔哈赤诱降之后，命家人罗立等向城北后金军大营，施放西洋大炮，“遂一炮歼虏数百”（茅元仪：《督师纪略》第12卷）。旋移大营而西。努尔哈赤见袁崇焕既拒不投降，又炮击大营，遂命准备战具，明日攻城。
二十四日，后金兵推楯车，运钩梯，步骑蜂拥进攻，万矢齐射城上。城堞箭镞如雨注，悬牌似猬皮。后金军集中攻打城西南角，左辅领兵坚守，祖大寿率军应援，两军用矢石、铁铳和西洋大炮下击。后金兵死伤累累，又移攻南面。努尔哈赤命在城门角两台间火力薄弱处凿城。守城军“则门角两台，攒对横击”（《明熹宗实录》第70卷）。后金兵顶炮火，冒严寒，用斧凿城。明军发矢镞，掷礌石，飞火球，投药罐；后金兵前仆后继，冒死不退，前锋挖凿冻土城，凿开高二丈余的大洞三四处，宁远城受到严重威胁。袁崇焕在严重危机关头，身先士卒，不幸负伤，“自裂战袍，裹左伤处，战益力；将卒愧，厉奋争先，相翼蔽城”（《袁督师遗事遗稿汇辑》第3卷）。他“缚柴浇油，并搀火药，用铁绳系下烧之”（《明熹宗实录》第67卷）；又选五十名健丁缒下，用棉花火药等物烧杀挖城的后金兵。据明方疏报载：
贼遂凿城高二丈余者三四处，于是火毬、火把争乱发下，更以铁索垂火烧之，牌始焚，穴城之人始毙，贼稍却。而金通判手放大炮，竟以此殒。城下贼尸堆积。（《明熹宗实录》第70卷）
是日，后金军攻城，自清晨至深夜，尸积城下，几乎陷城。
二十五日，后金兵再倾力攻城。城上施放炮火，“炮过处，打死北骑无算”（张岱：《石匮书后集·袁崇焕传》第11卷）。后金兵惧怕利炮，畏葸（xǐ）不前，“其酋长持刀驱兵，仅至城下而返”（《明熹宗实录》第70卷）。后金兵士一面抢走城下尸体，运至城西门外砖窑焚化；一面继续攻城。但“又不能克，乃收兵”。二日攻城，共折游击二员，备御二员，兵五百（《清太祖武皇帝实录》第4卷）。
二十六日，后金兵继续围城，并命武讷格率军履冰渡海，攻觉华岛。守军凿冰为濠，阻遏敌骑；但严冬寒冰，随破随结。武讷格仅率八百骑登岛破城，明守岛七千将士全军覆没，大量粮秣和二千余船只被焚，明经营多年的后勤基地被摧毁。
二十七日，后金军全部回师。
宁远之役，后金某重要人物为明炮弹击伤。各书记载略异，现征引如下：明蓟辽经略高第奏报：
奴贼攻宁远，炮毙一大头目，用红布包裹，众贼抬去，放声大哭。分兵一枝，攻觉华岛，焚掠粮货。（《明熹宗实录》第68卷）
张岱在《石匮书后集》中记：
炮过处，打死北骑无算，并及黄龙幕，伤一裨王。北骑谓出兵不利，以皮革裹尸，号哭奔去。（张岱：《石匮书后集·袁崇焕传》第11卷）
朝鲜李星龄在《春坡堂日月录》中记载宁远之役较详，兹抄录于下：
我国译官韩瑗，随使命入朝。适见崇焕，崇焕悦之，请借于使臣，带入其镇，瑗目见其战。军事节制，虽不可知，而军中甚静，崇焕与数三幕僚，相与闲谈而已。及贼报至，崇焕轿到敌楼，又与瑗等论古谈文，略无忧色。俄顷放一炮，声动天地，瑗怕不能举头。崇焕笑曰：“贼至矣！”乃开窗，俯见贼兵满野而进，城中了无人声。是夜贼入外城，盖崇焕预空外城，以为诱入之地矣。贼因并力〔攻〕城，又放大炮，城上一时举火，明烛天地，矢石俱下。战方酣，自城中每于堞间，推出木柜子，甚大且长，半在堞内，半出城外，柜中实伏甲士，立于柜上，俯下矢石。如是层〔屡〕次，自城上投枯草油物及棉花，堞堞无数。须臾，地炮大发，自城外遍内外，土石俱扬，火光中见胡人，俱人马腾空，乱堕者无数，贼大挫而退。翌朝，见贼拥聚于大野一边，状若一叶，崇焕即送一使，备物谢曰：“老将横行天下久矣，今日见败于小子，岂其数耶！”奴儿哈赤先已重伤，及是具礼物及名马回谢，请借再战之期，因懑恚而毙云。（李肯翊：《燃藜室记述》第25卷）
明朝与后金的宁远之战，以明朝的胜利和后金的失败而结束。明朝由“宁远被围，举国汹汹”，到闻报宁远捷音，京师空巷相庆。宁远之捷是明朝从抚顺失陷以来的第一个胜仗，也是自“辽左发难，各城望风奔溃，八年来贼始一挫”的一仗。明天启帝旨称：“此七八年来所绝无，深足为封疆吐气。”（《明熹宗实录》第68卷）与明相反，努尔哈赤原议师略宁远城，夺取山海关，不料败在袁崇焕手下。时袁崇焕四十二岁，初历战阵；努尔哈赤已六十八岁，久戎沙场。努尔哈赤在宁远遭到用兵四十余年来最严重的惨败。对于军事统帅，最大的痛苦莫过于指挥失败。《清太祖武皇帝实录》记载努尔哈赤宁远之败时说：
帝自二十五岁征伐以来，战无不胜，攻无不克，唯宁远一城不下，遂大怀忿恨而回。（《清太祖武皇帝实录》第4卷）
后金汗努尔哈赤之所以在宁远受挫，其原因是方面诸多而又错综复杂的。
在政治上，后金进攻宁远的战争，已由统一女真各部、反抗民族压迫的正义战争，变成为掠夺土地人民、争夺统治权力的不义战争，因而遭到辽东汉民的强烈反对。尤其是努尔哈赤对辽沈地区汉民的错误政策，引起后金与明朝辖区两方辽民的不满和恐惧，从而促使宁远军民拼死御后金军的进犯。所以，人心向背是袁崇焕获胜与努尔哈赤失败的一个基本因素。
在军事上，三年之间，后金兵没有作战，额真怠惰，兵无斗志，器械不利；袁崇焕却在积极备战，修筑坚城，整械备炮，训练士马。努尔哈赤打了一场兵家最忌的无准备之仗。
在策略上，以往后金向明进行攻坚战，在坚城深堑之前，炮火矢石之下，多以诱敌出城、歼其主力，或以智取力攻、里应外合取胜。这次袁焕坚壁清野，婴城固守，“无夺门之叛民，内应之奸细”（《明熹宗实录》第68卷）。努尔哈赤以劳赴逸，以主为客，以箭制炮，以短击长，终至败北。
在武器上，明军已使用新武器红夷大炮，而八旗兵照旧袭用刀戈弓矢。后金兵的进攻，被袁崇焕凭坚城、用洋炮所击败。袁崇焕说：“虏利野战，惟有凭坚城以用大炮一著。”（《明熹宗实录》第79卷）宁远获捷，使红夷火炮声名大噪。明廷封一门红夷炮为“安国全军平辽靖虏大将军”。
在思想上，后金军居于劣势，努尔哈赤思想僵化，骄傲轻敌；明军处于优势，袁崇焕群策群力，小心谨慎。后金刘学成在奏陈中分析道：“汗自取广宁以来，马步之兵，三年未战，主将怠惰，兵无战心也，兼之车梯、藤牌朽坏，器械无锋。汗视宁远甚易，故天降劳苦于汗也。”（《满文老档·太祖》第71卷）努尔哈赤犯了骄兵必败的错误。
在指挥上，后金汗在宁远的对手已然不是纸上谈兵的经略袁应泰，也不是浪言求宠的巡抚王化贞，而是杰出的将领袁崇焕。袁崇焕在宁远之役中，婴城固守，凭城用炮，调度得体，指挥有方，确胜过深谋老算的努尔哈赤一筹。
当然，上述诸因素中任何孤立的一项，可能不是后金宁远之败的必然因素。后金汗努尔哈赤的悲剧在于，他对上述条件的整合及其变化，尤其是对明军的指挥与武器这两个重要因素的变化，没有起码的认识，结果以己之短击彼之长，铸下了历史性错误。
但是，历史往往向着人们主观愿望相反的方向发展。袁崇焕在宁远打败努尔哈赤的奇勋，反成了他后来身死家破的一个机缘。他说：“凡勇猛图敌，敌必仇；振刷立功，众必忌。况任劳之必任怨，蒙罪始可有功。怨不深，劳不厚；罪不大，功不成。谤书盈箧，毁言日至，从来如此。”（《明熹宗实录》第75卷）袁崇焕后遭敌仇众忌，因后金反间，阉党诬陷，明帝昏庸，而被含冤磔死。
努尔哈赤在宁远兵败之后回到沈阳。他的统治权力从费阿拉逐渐地移地沈阳，其间经历着关于汗位及汗位继承的激烈斗争。
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