天启末年，袁崇焕实行款西拒东的方针，蒙古各部与明军配合得较好。自袁崇焕去职以后，明军失去得力的将领，与蒙古各部的联络中断。蒙古内部也彼此倾轧，其中势力较强的察哈尔部用兵于素有仇隙的喀喇沁部，同时为了躲避后金的压力，倾巢向西进发，并在宣、大地区进行骚扰。
宣、大明军诱杀了察哈尔部使者，崇祯上台伊始又革除了蒙古各部的赏额，因而明廷与察哈尔部剑拔弩张。而喀喇沁等部因受察哈尔部的欺凌，又相继投靠后金皇太极。于是蓟门一线藩篱尽撤，京师北面的门户暴露无余。
后金皇太极即位以来，重视调整满汉关系，逐步改变了天命年间将汉兵、汉民沦为满人奴隶的政策，对归降的汉人不杀不辱，分配土地，妥善安置。放宽了其父努尔哈赤制订的汉人逃亡统统处死的“逃人法”。他还严肃立法，对劫掠降民财物、草菅降民性命的满人给予重罚。皇太极启用汉族文人，参照汉制设立国家各级机构，学习汉族统治经验，要求臣下凡事都要照《大明会典》去办，改变了他父亲单纯依靠马上打天下的作法，这一切都加速了后金社会的封建化，缓和了满汉之间的矛盾，巩固了政权，发展了后金的经济，使八旗兵的战斗力大为增强。
以上情况表明，袁崇焕再次督师辽东时，形势异常严峻。
对于蒙古诸部，袁崇焕极为重视。他向崇祯皇帝建议起用王象乾专责察哈尔部抚赏，崇祯皇帝接受了袁崇焕的建议。崇祯二年（1629年）四月，察哈尔部与明王朝重归于好，届时该部迁徙宣、大边外，虽然起不到蓟门藩篱的作用了，但起码使明军摆脱了两面作战的困境。
对于喀喇沁部，崇焕深知其穿连辽、蓟，经道惯熟，若导后金入犯，则东从宁前，西到喜峰，处处可虞。当时该部旱荒，要求明朝开米市遭到拒绝。袁崇焕允许开米市，将明军自己都告缺的粮食接济喀喇沁部，并且亲自劝告该部首领，不要背明投金。该部首领指天为誓，以妻儿为质，保证不作后金向导。可是后来喀喇沁部竟背叛了自己的誓言，这是袁崇焕所没有料到的。智者千虑，必有一失，袁崇焕此次出关确也有失策之举。
首先，袁崇焕对其敌手皇太极的智谋和胆略估计不足。他曾说，努尔哈赤不过是个狡猾的强盗，皇太极不过是个慓悍的强盗，没有真本事，得辽土而不肯据，得辽人而不得用，比不上历史上的阿骨打、刘聪、万勒等人。只要按以往方针行事，五年复辽就能实现。其实，如上所述，皇太极已经逐渐改变了其父与辽人为敌的政策，在军事上也吸取了两次败于坚城大炮的教训，探索着对明战争新的适合的战略战术。
其次，由于轻信了喀喇沁部的诺言，袁崇焕便没有着力经营蓟门一线的防务。袁崇焕将原任蓟镇总兵赵率教调到山海关，这对蓟门无疑是削弱。
袁崇焕出关后，皇太极与其互有使者、信件来往。这次持续半年多的和谈系皇太极主动。这期间后金将注意力主要放在蒙古诸部方面，一则对察哈尔兴师征讨，一则对喀喇沁等部从容笼络。这体现了皇太极欲越关、宁而伐明的战略意图。袁崇焕一方，由于重整防务的需要，也确实无力主动进攻，因此也想以和谈缓兵。但他曾请示阁臣钱龙锡及兵部尚书王洽，未获准允。所以袁崇焕对和谈只是被动应酬，抓紧时间，积极备战。
崇祯元年（1628年）九月以后，后金的势力扩张到内蒙古一带。明朝东北边外的广大地区基本上都为后金所控制。因此，后金很有可能绕过山海关，取道内蒙古，侵犯明朝边疆，甚至威胁北京。当时总理蓟辽保定军务的刘策并没有作必要的准备，北京附近的军事重镇蓟州的防务极为空虚。为统筹全局起见，袁崇焕除了加强自己所辖的宁锦等地的防务以外，还在崇祯二年（1629年）四、五月间上疏朝廷，大意说的是：“臣在辽东，辽东不需要顾虑，只有蓟门单弱，敌人可能来攻我们的弱点，请求严令蓟门加强守备，这是今天第一要着。”又指出蒙古可能做后金的向导，帮助后金来攻明朝。可是明政府不以为意。袁崇焕连上三疏，反复说明，思宗才把这件事发交朝臣讨论，但是还是拖延不决。
崇祯二年（1629年）十月，皇太极亲自统率大军大举进攻明朝。由于宁锦防线巩固，金军曾遭过两次失败，所以皇太极率领后金并告谕已归顺后金率兵而来的蒙古各部军队几十万人，以熟悉路径的喀喇沁部的队伍为前导，取道今辽宁、内蒙古自治区一带，大举攻明。后金兵分两路向遵化北面的龙井关、大安口等隘口进发。十月二十六日、二十七日，两关连克，后金进入长城，左右两翼大军会师于遵化城下，明朝廷才得知消息，京师全城戒严。
早在同年九月，袁崇焕即得到后金将要渡辽河西犯的情报，他曾派部将谢尚政领兵一支援蓟，却被蓟州巡抚以消息不确为由遣其回师。十月二十九日，袁崇焕正在宁远与山海关之间的中后所，听到金兵越关、宁而攻入的消息，心胆俱裂。他立即命山海关总兵赵率教领骑兵4000急速增援遵化，赵率教行军三昼夜，走了350里，抵达三屯营，被总兵朱国彦所阻，不能入营。赵率教只得策马向西，路上同后金督粮兵相遇，赵率教挥师进击，把后金兵打败，并杀掉金将卓尔纠。十一月初，赵率教在遵化战役中不幸中流矢阵亡。遵化城因为守将布置失当，随即失陷，三屯营也被后金攻破。
袁崇焕在赵率教出发后，立即调动马步兵两万人，于十一月初四日亲率领锦州总兵祖大寿、中军何可刚等继续入关增援。沿途经过抚宁、永平、迁安、丰润、玉田等地，都留兵驻守，目的是便于将来堵截金军退路。袁军六日疾行500里，在十一月初十先敌抵达蓟州。不料遵化已于初三日陷落，巡抚王元雅自刭，赵率教殉国。
思宗听说袁崇焕率兵来援，很是高兴，下旨嘉奖，拨款慰劳将士，并令袁崇焕统率诸路援军。
这时，昌平总兵尤世威驻军密云；大同总兵满桂驻军顺义；宣镇总兵侯世禄先驻军三河，后移驻通州。袁崇焕令尤世威仍回昌平保护皇陵；令侯世禄仍回三河，为蓟州后应；令满桂到北京去守卫国都；却由自己的部队独挡大敌。袁崇焕这样部署的原因是：看到这几路军队，既缺乏训练，装备又差，把他们分开来还可以壮壮声势，互相接应；合在一起，则一军战败，也势必影响其他各军的士气。这样安排原有其不得已的苦心。不料后来，却被人误解为“遣散援军”、“纵敌不战”，因而，引起了思宗的怀疑。
十一日后金自遵化向京师进发。十二日，袁崇焕所率辽军与后金前哨遭遇于离蓟20里之马落桥，一战挫之，颇有斩获。袁崇焕知道敌人后队就要来到，就宿在东城等待敌军，欲与后金在此决战。十三日，敌军大队到达，驻扎在蓟州东南角，同袁军相持半日。金军本来就想避免同袁军作战，所以绕道而来，想不到在此又遇到袁军，所以在刚同袁军相遇时，都“相视而骇”。然而皇太极却不恋战，金军因前锋受挫，为了避坚攻弱，就在夜间退去，由蓟州向西而去。沿途遇到满桂、侯世禄的军队，把满、侯两军打败，并且在攻陷三河、顺义以后，直逼通州，企图威胁北京。
袁崇焕听说三河、顺义已经失守，又知道北京附近没有劲兵守卫。为了保卫国都，袁崇焕再督将士由蓟州抄小路向西急行。部将们担心，军队没有朝廷的命令而直趋京城，会遭到猜忌。袁崇焕说：“皇上有急，还顾得了那么多，如能解难，虽死无撼。”一路上，兵不进食、马不停蹄，两昼夜走了300多里。他严令战士秋毫无犯，有一个士兵擅自走进民宅索要饼吃，袁崇焕将其枭首示众，以安民心。十七日，辽军抵左安门，袁崇焕下令，不许一兵一卒私入民家，连野外树木也不得损伤。此时，崇祯皇帝已将兵部尚书王洽下狱，正为京城防守而焦急，闻袁崇焕率辽军先至，深感欣慰。
金军乘夜向西退去以后，盘踞在通州附近，本想把袁军隔在后面，使袁崇焕不能来增援北京；同时又可以进据通州，扼住北京的咽喉，切断北京和南方漕运的联系。皇太极认为这样一来，北京就可以不攻自破了。谁知这一招被袁崇焕识破，袁军早已由近路飞奔到京郊，使皇太极这一招落了空。当金军在高密店一带发现袁军已经到了他们前面时，大出意外，认为袁军从天而降。后来，金军到了北京附近，已经在袁军后面三天了。可是袁崇焕这一积极保卫京师的敏捷行动，后竟被人诬陷为引导敌军逼近京城，威胁朝廷讲和。
十八日，思宗召见袁崇焕加以慰劳，问他战守方略，并赐军队饮食及貂裘、羊，又令户部发军饷。这时，袁军已经忍着饥饿两天了。十九日，思宗再发刍豆粮米、羊、酒、银饷犒师。
二十日，后金八旗大军始达京师东、北两面，在城北土城关列营。这时，大同总兵满桂、宣府总后侯世禄率援军列营德胜门，袁崇焕、祖大寿列营广渠门。皇太极命大贝勒代善等领右翼军趋德胜门，大贝勒莽古尔泰等左翼军趋进广渠门。两场剑与血的鏖战几乎同时打响了。德胜门战场上，侯世禄不敢迎敌，先行溃败，满桂率兵交锋、孤军奋战，城上守兵发炮配合助战，不料误伤明军甚多，满桂负伤，带残兵避入城中。
袁崇焕在广渠门西排兵布阵，祖大寿扼守南面，王承胤列西北面，自己率兵居正中，严阵以待，以品字形队列迎击来自东北的八旗兵。两军交锋，短兵相接，奋力殊死。金军一部由皇太极长子豪格率领，首先进攻袁军北面，在打退袁军伏兵后，追至城濠附近，被袁军所阻。金军的护军校台弼善继续前进，被袁军打死。此时，金将阿济格、阿巴泰、多尔衮（均为努尔哈赤的儿子），又用尽全力向袁崇焕的中军猛扑，想一举击溃袁军。袁崇焕也指挥战士奋勇杀敌，双方展开了猛烈的战斗。在战斗过程中，袁军副总兵周文郁两肋中了许多箭，像个刺猬一样；袁崇焕也被射中了几箭，幸亏身上披着数重铠甲，不曾射穿。有一次，敌人的刀已经砍到袁崇焕的身边，亏得有人拿刀将敌人的刀隔开，袁崇焕这才没有受到伤害。袁崇焕身先士卒，袁军将士越战越勇。以往军士杀敌论功，每凭首级，而常以争割首级而误战。袁崇焕深以为鉴，战前即令：不许割级，惟尽歼为期。故众将士此时一意剿杀金军。后来，袁崇焕同祖大寿合兵，进行了反击，进攻金军后队莽古尔泰部，八旗锋芒始却，金军不支溃退。明军乘胜砍杀，追出十多里，一直到辽河边上，金军慌忙渡河。渡河时，骑兵陷在冰里，淹死无数。袁军又乘胜斩首1000多级。
这次战役，自午时起至酉时止，两军血战六七个钟头，八旗兵被歼数以千计，使金军锋芒大挫，明军亦伤亡数百。袁崇焕连夜慰劳负伤将士，直至东方欲晓。皇太极曾叹息说：“15年来，不曾碰到这样的劲敌（这次袁军以寡敌众，野战规模及作战成果都超过了宁锦战役，说明袁军的战斗力又有新的提高，能够和金军争强斗胜，这是十分了不起的成就）也！”
崇祯皇帝闻广渠门捷报，十分高兴，二十三日召见袁崇焕、祖大寿、满桂等于平台，赐貂裘、银甲等，并发酒肉、麦饼劳军。袁崇焕千里入京护卫，只带9000精骑，自是士不传餐、马不再秣已值两旬，想率军入城，稍事休整，待步兵赶到再与敌决战，可是遭到崇祯皇帝的拒绝。
十一月二十七日，金军又攻左安门，被袁军夺了攻城器械，杀了一个头目。金军只好放下北京不攻，退兵到南海子一带。北京形势稍微缓和下来。同一天，袁崇焕又派向导任守忠率领500人带着炮袭击南海子，金兵被吓得逃掉很多。在此期间，袁崇焕因部下连续行军作战，十分疲劳，曾请求入休外城，思宗不许。袁崇焕提出这样的要求，其原因是：11 休养士卒、以逸待劳，且避免与数量占绝对优势的敌人进行野战。21 加固城防，踞高临下，敌如攻城，即以大炮轰击。31“避其锐气，击其情归”，待敌人松懈疲惫，我各路援军齐集，内外夹攻，使金军前阻坚城，后无退路，终遭惨败。这样的作战方略本来是正确的，谁知竟被思宗怀疑为心存异志，而成为后来被杀害的罪状之一。
由于袁崇焕兼程赴援，只带了骑兵9000人，步兵还落在后面，不能跟上，以9000人抵抗10余万大军，实力相差太远，根本不能同敌人展开决战。可是明政府在慌乱之中，每天催促他快些出战，想尽快将敌人赶跑。袁崇焕为了避免不利的决战，决定等到十二月初三、四步兵赶到，再一举歼灭敌人，所以持重不发，不料还没有等到步兵赶到，这位忠诚谋国，千里赴援的袁督师，就于十二月初一日思宗召见他时，被逮捕起来，而且后来竟遭冤杀。这个突如其来的巨大变化，给当时的战争局势带来了极其不利的影响。
如上所述，袁崇焕在这次反抗后金入侵的战争中，不但自己直接守护的防线非常巩固，使敌人无隙可乘，不敢侵犯；而且能事先看出问题，提出警告，更能主动地入关增援，以少数兵力抗击10余万敌军，取得相当大的战果，使北京局势相对地稳定下来。这和刘策的疏于防范，使敌军得乘虚而入，以及侯世禄等遇敌即行败退的情况大不相同。因此，袁崇焕不但无罪，而且有很大的战功。至于他不愿意按思宗的命令在不利条件下同敌人决战，以免遭受损失，影响整个战争局势，而主张等待援军齐集，敌人暴露弱点时歼灭敌人，这也是非常正确的万全之计。《孙子·地形篇》不是说过“战道不胜，主曰必战，无战可也”，《谋攻篇》不是说过“少则能逃之，不若则能避之。故小敌之坚，大敌之擒也”的话吗！再就整个战争形势而论，敌人孤军深入，利在速战，明军则利在持久。这一点只要稍有军事常识的人都应该知道。在皇太极入侵途中，他的弟兄代善和莽古尔泰等都曾加以劝阻，理由是：“深入敌境，劳师袭远，若粮匮马疲，何以为计？纵得入边，而明朝方面会各路军环攻，则众寡不敌；倘从后堵截，恐无归路。”可见，皇太极的这一军事行动带有很大的冒险性，是绝对不能持久的。如果袁崇焕能够继续这次战役，把他的正确主张贯彻下去，那么后金的军队很可能遭到代善等所说的惨败的结局。
这一点，我们只要看袁崇焕被捕后战局的演变就可以知道。起初，满桂受命为武经略，统领诸军。因援军未集，朝廷促战，结果一战阵亡。其他如祖大寿、麻登云、黑云龙等几个总兵或死或被擒，明军一败涂地。金将纷纷向皇太极建议进攻北京，皇太极说：取北京易如反掌，但明朝地广人多，还有防御力量，不会一下子土崩瓦解。恐怕得之易，守之难。不如整练兵马，侍机再举（实际是怕城上大炮的轰击）。于是在北京郊区以及良乡、寿山、固安、通州等地大肆杀掠以后，又向东进据永平、滦州、遵化、迁安四城，并企图打开山海关一线，由抚宁附近进攻距关30里的凤凰店，但被明军官维贤部力战击退，这一目的未能达到。结果，金兵不敢孤军久悬，只好一面送信给明朝“议和”，一面留下一部分兵力驻守永平等四城，大军匆匆于崇祯三年（1630年）三月由冷口（迁安东北）出长城归国。而留守四城的金军虽然都是精锐部队，又由皇太极的堂兄阿敏等人统率，但不久就被孙承宗指挥的山西总兵马世龙以及祖大寿军队打败，伤亡数千人，四城完全被明军攻破，阿敏等人因此获罪。可见，以上所说的袁崇焕反对速胜，主张持久，反对在不利的条件下决战，主张在各路援军齐至，敌人饥饿沮丧斗志低下的情况下，前截堵后的见解，是完全正确的，也是完全可能获胜的。可惜的是袁崇焕突然被捕，形势大变，明朝也就难以有所作为了。
