战役过程
明军准备
努尔哈赤乘辽东明军易帅和匆忙撤军之机，亲统八旗军约六万人(号称十三万)于1626年(明天启六年、后金天命十一年)正月十四出沈阳，十七日西渡辽河，直逼宁远。此时孤城宁远守军不满两万，前有劲敌，后无援兵，形势险恶。
袁崇焕临危不惧，召集诸将议战守，决定采取坚壁清野之策，组织全城军民共同守城。他在众将士面前刺血为书，誓与宁远共存亡，兵民为之感奋。袁崇焕旋以总兵满桂、副将左辅、参将祖大寿、副将朱梅分守城东、西、南、北四面，自与满桂提督全城。在城上配置西洋大炮十一门。东、北两面及西、南两面，分由彭簪古、罗立指挥。动员城厢商民入城，尽焚城外房舍、积刍，让后金军露处严寒野外。
袁崇焕还针对努尔哈赤善用间谍，亲督同知程维楧稽查奸细，派人巡守街巷路口，又动员街民配合士兵逐户搜捕。令通判金启倧编派民夫，供给守城将士饮食。又派官吏带领城内商民筹办物料，运矢石、火药等。军民还在城墙外侧泼水为冰，以阻后金军登城。一切守御准备于正月二十二日就绪，稳定了军心民心。
后金攻城
正月二十三日，后金军进抵宁远，离城五里横截山海大道，安营布阵，切断宁远与关内的联系，在城北扎设大营。努尔哈赤遣被掳汉人入城劝降，被严辞拒绝。袁崇焕命罗立等向城北后金军大营燃放西洋大炮，后金军伤亡甚重，被迫将大营西移。
正月二十四日晨，努尔哈赤发动攻城，命后金军推楯车、运钩梯，步骑蜂拥攻城西南角，万矢齐射城上，城堞箭镞如雨注，悬牌似猬刺。袁崇焕命发西洋大炮，又杀伤后金军甚众。
左辅率军民依托坚城，死战不退;祖大寿率军应援，铳炮齐发，药罐、雷石齐下，后金军死伤累累。努尔哈赤命移兵攻城南，以楯车作掩护，在城门角两台间守御薄弱处凿开两丈见方的大洞四处，宁远城危如累卵。
袁崇焕在紧急关头，亲自担土搬石，堵塞缺口，血染战袍，仍镇定自若，督率军民缚柴浇油并掺火药，用铁索垂至城下燃烧;又选健丁五十名缒城，用棉花火药等物将抵近城下的后金战车尽行烧毁。战至深夜，后金军攻城不破，于是收兵。
挫败金军
正月二十五日，努尔哈赤继续指挥攻城，从早晨至晚上，双方激战一天。明军于城上施放炮火，杀伤大量后金骑兵。后金军畏惧炮火，不敢近城，其将领持刀驱兵，仅至城下而返，抢走尸体，运至城西门外砖窑焚化。努尔哈赤无奈，下令退至离城五里之九龙宫扎营。
正月二十六日，后金军继续围城，精于骑射的八旗将士，却被阻于深沟高垒之前，矢石炮火之下，难以发挥骑战特长，伤亡甚重，被迫撤军。
战役后续
参见：觉华岛之战
努尔哈赤攻宁远(今兴城市)不下，突袭觉华岛。时值隆冬，海面冰封，无险可守，明将姚抚民等率领官兵凿开一道长达15里的冰濠，正月二十六日武讷格以骑兵进攻觉华岛，明军由于“凿冰寒苦，既无盔甲、兵械，又系水手，不能耐战，且以寡不敌众”，最后全员战死，金兵焚烧城中囤积粮料。
当时守将金冠刚死，其子金士麒与事丁800人至觉华岛迎榇，亦与后金军作战，全部被杀。岛上军民1.4万余口都被后金军杀戮，粮草8万余石和船2000余艘都被焚烧，这座明朝关外的后勤基地也被后金军摧毁。此时毛文龙出兵袭击后金后方永宁，努尔哈赤率兵回军，二月九日返回到沈阳。
此役兵败之后，努尔哈赤悒郁疽发，于1626年(明天启六年、后金天命十一年)八月十一病卒。
战役结果
此战，袁崇焕组织军民坚壁清野，协力共守，铲除奸细，凭坚城用大炮，配以火攻，杀伤后金军1.7万人，挫败了努尔哈赤夺占辽西和山海关的企图，是明朝对后金作战的一次重大胜利。 [1] 使明朝军民重新树立了战胜后金军的信心。