努尔哈赤依旧用劝降的心理战进行软硬兼施，并许诺只要守城的袁崇焕能够投降，必然给以高官厚禄，级别要比道员高很多。袁崇焕在回复中说：“汗何故又来兴兵呢？宁、锦二城，乃汗所弃之地，吾修治之，义当死守，岂有降理！”并且又指出“你们号称二十万人马，假的，我的兵力在十三万，也不比你的兵力少。”《满洲实录》
袁崇焕命手下人使用西洋大炮，轰打城北金军大营，“一炮歼虏数百”《督师纪略》。第二天，努尔哈赤气急败坏下令全力攻城，几乎使用了当时所能用的一切进攻性武器，骑兵、步兵、车、牌、勾、梯、炮、箭俱用“箭上城如雨”，袁崇焕这头“铳炮迭发”，“枪、炮、药、罐、雷石齐下”。努尔哈赤“死战不退”，袁崇焕这头“每用西洋跑、则牌、车如拉朽”，后金伤亡惨重。努尔哈赤又下令在西洋大炮死角处“门间两台间薄弱地方，拼命挖凿城墙，凿开二丈多的地方三四处，势甚危急。”明军加紧火力覆盖“火毬、火把争乱发，更以铁索垂火烧之。”袁崇焕又命令五十多名敢死壮士用绳索放下去，用棉花火药等物，将接近城墙的战车尽行烧毁。“穴城之人始毙，贼稍却”，“城下贼尸堆积”《明熹宗实录》
努尔哈赤下令再次猛攻，袁崇焕在城上放炮“炮过处，打死北骑无数”《石匮书后集》直到这时候，满洲兵才开始害怕火炮巨大杀伤力，“其酋长持刀驱兵，仅至城下而返”。最后到了“贼死伤视前日更多，俱抢尸于西门外各砖窑，拆民房烧之，黄烟蔽野。”的地步，在晚上又一次猛攻后，满洲兵已经被“攻具焚弃，丧失殆尽”。
几天后，努尔哈赤实在觉得打不下去，只好下令撤退。这次关键战役，朝鲜给以了高度关注，朝鲜使者见到了袁崇焕，并听取了整个过程，最后袁崇焕颇为自得地说：“老将横行天下久矣，今日见败于小子，岂其数邪！努尔哈赤先已重伤，及是具礼物及名马回谢，请借再战之期，因懑恚而毙云。”《朝鲜▪春坡堂日月录》
宁远地图
努尔哈赤对此次重大军事失败深受打击，自25岁以13副遗甲起兵，纵横疆场四十余年，一直以少胜多，无坚不摧，此次竟然不能战胜2万的袁崇焕军队。尤其令他不能接受的是，他的对手竟然是区区一个道员，比起萨尔浒之战的明辽东经略杨镐、辽东巡抚王化贞，袁崇焕都实在不应成为的对手，历史仿佛与努尔哈赤开了一个玩笑。
据朝鲜李星龄分析，这次袁崇焕能够以少胜多最关键的原因在于战法与以往有所创新，并且成功防止了内部投降叛变，使得努尔哈赤无从下手。加之努尔哈赤几年来大肆屠杀汉民，引起了巨大仇恨，“尔等在我等不防备之时，尚且如斯杀女真，准备棍棒，那么，当我等行围出兵之后，尔等能安静否？”《满文老档》。除了袁崇焕的西洋大炮的强大优势外，努尔哈赤晚年轻敌也成了其失败的个中原因。
不管如何，这次重大战役的胜利，使得袁崇焕此后得到快速提升，也最终给自己的悲剧埋下了沉重的伏笔。
袁崇焕
