經過聚眾商議，袁崇煥與城中的武將們基本達成了死守寧遠城的共識。然後上奏朝廷，表明要死守寧遠，並上報了一個作戰方案，歸納為五點：

1、城防布置。以廣武營步卒守城內，撤中左所，都司陳兆蘭率步兵與都司徐敷奏守城牆，滿桂標下內丁投放城上及四座城門。袁崇煥督內丁專門在城內搜拿奸細。派中軍孫紹祖、何可綱等作為聯絡宣傳督陣的官員。

2、外圍布置。以修武營參將祖大壽出興冰瓦要衝，命副將朱梅、遊擊馬爌、鄧茂林與祖大壽合兵迎敵。

3、敵後序列。錦右地區的前鋒既然撤退了，那就命撤退下來的王承胤、肖升、左輔等人不許繼續向西退，吩咐他們在紅羅山一帶布防，並在敵後依托堡壘發揮牽製作用。

4、援軍序列。各小堡俱歸並於寧遠城。堡官孟繼孔等從北應援；水營遊擊姚禹賢等從南應援；調趙率教及堡將竇成功等部騎兵從西應援。

5、在寧遠以南布防。派劉永昌、尤岱二人帶兵死守寧遠後方的中右所；派總兵趙率教帶領其手下步兵守住後方的前屯衛城堡，隻要有兵逃向山海關，一律抓住斬首。

袁崇煥在奏報中斷定“寧遠一固，則奴必不敢舍堅城而西”。

正月二十一日，各路兵馬收聚於寧遠，時城中士卒不滿二萬。總兵滿桂、副將左輔、參將祖大壽均認為建虜兵峰強盛，不可以在野戰中與之爭鋒，決定以死守拒敵。於是祖大壽提議將寧遠城四道城門全都封起來，諸將朱梅、徐敷奏、王喇嘛都讚同主祖大壽的提議，於是何可綱按劍下令堵塞四門。

王喇嘛建議把城外的西洋大炮都撤入城中來布防，袁崇煥從善如流，於是，令彭簮古率領壯丁將西洋大炮拉到了城牆上架設炮位。然後儘焚城外民舍。又令同知程維模清查奸細；錦右督糧通判金啟倧按照四麵城牆各自編派民夫，供給飲食；衛官裴國珍鳩辦物料；諸生守巷口。

城內戒嚴，“有一人亂行動者即殺！城上人下城者即殺！”以滿桂提督全城，守東南麵；左輔守西麵；祖大壽守南麵，朱梅守北麵

正月二十二城中部署定，二十三，奴兒哈赤率軍抵達寧遠，在寧遠城西北方五裡安營紮寨。

奴兒哈赤攻城，首先是派出奸細與難民、敗兵等人一起，趁亂混入城中，然後在攻城時，促起發難，一舉拿下城門，然後大軍入城，展開肉搏。這次在寧遠城卻遇到了困難，原來寧遠城兵少，各將一開始就放棄了城外迎敵的傳統戰術，一意堅守，於是把城門給堵塞了，這樣城中就算有小部隊叛變或逃跑，一時打不開，城中可從容處置。

寧遠城門打不開，那就隻能硬攻了，硬攻畢竟損失太大，所以攻城之前，奴兒哈赤還是想試試再遼東屢試不爽的招降反間等路數。於是，趁著安營紮寨的時間，放幾個一路上抓到的漢人俘虜入城，同時帶上招降書，曰：“吾以二十萬兵攻此城，破之必矣，爾眾官若降即封以高爵”。

袁宗煥趕緊嚴詞拒絕，畢竟要是被閹黨抓住把柄，說他私通建虜，那可就說不清了，於是答複：“大汗為什麼無緣無故的就派兵來進攻寧遠？寧遠、錦州二城都是大汗你不要的地方啊，我帶人占了下來就是我的功勞了，我必須守住，哪裡能投降與你（投降你有什麼好處）？你雖然號稱大兵二十萬，嚇我呢，我已經偵測到你一共隻有十三萬兵了，你是覺得自己兵少嗎？”

奴兒哈赤明末隻帶了五萬不到的兵，這裡袁宗煥為什麼會說已知道虜兵十三萬呢？其實是因為雙方兵力的計算方式不一樣，奴兒哈赤的五萬都是戰兵，而袁崇煥說的十三萬是加上炮灰的數字。嗯，這多的八萬炮灰，說不定不久之前還是大明的關寧軍精銳呢，這麼看起來算是大軍的一部分沒毛病。

眼見招降失敗，正月二十四日，奴兒哈赤開始正式派兵攻城，說道攻城，建虜其實和蒙古人有的一拚。寧遠城是袁崇煥親自定的規格，親自壓著一眾高級將領督工修建的，實事證明大明朝的文官認真做事，關鍵時候就能救自己一命。

寧遠城太高了，建虜的科技實力畢竟有限，這麼高的城牆，造攻城設備所需要的技術含量還不是建虜能掌握的。再加上城牆上還有大炮，沒有樓車壓製城牆上的守軍，勉強造把加長型的梯子，爬上城牆的人也是被圍毆的下場。

鑒於攻城技術實力不夠，所以建虜根本就不準備爬城牆了。而是用了個笨辦法，那就是挖牆腳。把戰車頂在頭頂上，然後衝到城牆腳下，因為天寒土凍，戰車直接嵌到了城牆上。這是下麵的人隻需拿出鐵鍬挖城牆即可，不得不說這個攻城的方法真是神來之筆，就是欺負大明軍隊不敢出城。

這個，畢竟是自家城牆，當然不能放任建虜挖牆腳不管，所以寧遠城中也是想各種辦法來破壞城牆下挖牆腳的。

寧遠道袁崇煥親自坐鎮城牆上，總兵滿桂、參將祖大壽等嬰城固守，軍士奮力攻打，槍炮藥罐雷石齊下，死戰不退，嗯，效果也不好，城下挖牆腳的還是躲在車下繼續挖。

袁崇煥急了，說道，誰能破壞城下的戰車有重賞。正好這時，有紅夷大炮雜役搬著**物資上城牆，聽到袁大人的重賞許諾，脫掉棉衣包上藥罐雷石，點火之後丟到城下戰車上，隻聽轟的一聲，戰車著火倒在一邊，而車下的建虜已經向兩邊逃跑了。

城牆上眾士兵見這個法子好，紛紛效仿。一時間，城下轟轟作響，滿洲兵不能進，相持了一會兒，建虜見占不到便宜，也就鳴金收兵了。

第二天，奴兒哈赤又指揮大軍攻了一陣，結果還是不理想，反而還在城下折了遊擊二人，備禦二人，死傷士兵五百。

攻城不利，奴兒哈赤正在大帳發脾氣呢，手下來報，審查俘虜得知：在離寧遠城十六裡的南麵，有一名為覺華島的小島，大明關寧軍為了轉輸糧草方便，所以在島上大規模屯糧。

寧遠城不好打，海外一小島還不是手到擒來。於是，奴兒哈赤一邊安排人手見識寧遠城中動向，一邊派兵遣將，攻打覺華島。

二十六日辰時，兀內革率八固山蒙古，另加建州兵八百進攻覺華島。此時，島上各兵正在寒風中，辛辛苦苦的鑿冰，可惜天氣太冷，天空還在下雪，剛剛鑿開的裂縫轉眼間就又複合了。建虜大軍歲歲便便就能找到沒有被鑿開的地方，可憐覺華島守軍，本是一幫水軍，又無盔甲兵械，遭遇建虜大軍正麵進攻，一時陣腳大亂，四營儘潰。

在廣寧失陷之後，寧遠城南的覺華島便成為明軍在遼西海上囤積糧料的主要場所，也是明朝在關外最重要的補給基地，其戰略意義非常重要。這一次戰敗，參將姚撫民、副將胡一寧、水師遊擊金冠、遊擊李善，還有將領張國青、吳遊擊等人一起戰死。

建虜攻破覺華島後將島上七千多駐軍和七千多商民儘數屠殺，然後焚毀島上船隻二千餘艘，及糧草千餘堆，複回大營。

二十七日，感覺繼續攻打寧遠城也沒什麼便宜可占的奴兒哈赤下令班師。

二十八日，總兵滿桂開南門追剿。

從天啟六年正月初十四，奴兒哈赤帶領後金大軍從十方堡出邊，前至廣寧附近地方打圍開始，至正月二十八日，總兵滿桂開南門追剿奴賊結束。

寧前兵備道袁崇煥第一個向朝廷報捷，所謂獨臥孤城以當虜耳，大勢吹噓寧城守城之功為大明朝開戰以來對建虜的第一次勝利。