滿清看出了明朝的虛實，知道高經略無用，袁崇煥無人支援，於天啟六年（一六二六）正月大舉渡遼河攻寧遠，兵十三萬（在這幾年中，清軍的實力已擴充了一倍），號稱二十萬。二十三日攻抵寧遠。
大敵終於攻來了。
朝廷荒唐，主帥荒謬，援軍是一定不會有的。那怎麼辦？棄城而退是服從主帥命令；守城罷，寧遠一城孤軍，怎能擋滿清的傾國之師？在這緊急關頭，袁崇煥奮發了英雄之氣，決意抗敵。
他和大將滿桂，副將左輔、朱梅，參將祖大壽、何可綱等，集將士誓死守城。袁崇煥刺出自己鮮血，寫成文告，讓將士傳閱，更向士卒下拜，激以忠義。全軍上下在他的激勵下人人熱血沸騰，決心死戰。
他又下令前屯守將趙率教、山海關守將楊麒，凡是寧遠有兵將逃回來，一概抓住斬首。山海關有他的上司遼東經略高第鎮守，袁崇煥的職權本來只能管到寧遠和前屯，山海關總兵楊麒他是管不著的。但這時還管他什麼上司不上司，職權不職權，「×他媽，頂硬上，幾大就幾大！」（淞滬之戰時，十九路軍廣東兵守上海，抗禦日軍侵略，當時「×他媽，頂硬上」的廣東三字經，在江南一帶贏得了人民的熱烈崇敬。因為大家都說：廣東兵一罵「×他媽！」就挺槍衝鋒，向日軍殺去了。）
他母親和妻子這時也在遼西，大概住在山海關或前屯衛後方。他將母親和妻子都搬到寧遠城中來住。全家和寧遠共存亡的決心，表現得再清楚也沒有了。
廿四日，清兵殺到城下。袁崇煥初次見到「辮子兵」的威猛。
清兵都有辮子，在那時，漢人只要聽到「辮子兵」三字，不由自主的就膽戰心驚，直到十餘年後仍是如此。李自成部下的闖軍都是身經百戰的悍將健卒，席捲而東，攻破北京，在山海關前的一片石和吳三桂部大戰時，絲毫不落下風。但清兵突然出現，闖軍中響起「辮子兵來了！辮子兵來了！」的驚呼，數萬精兵就此全軍大潰，一敗塗地。李自成逃出北京，向西急竄，「大順」朝終於覆滅。在那時候，「辮子兵」就是「無敵雄師」的代名詞。
袁崇煥並不比李自成更會打仗，他部下兵將也並不更為勇猛。但他更加鎮定堅決，他沒有個人的自私慾望，不像李自成那樣想做皇帝。他的部屬也不像闖軍那樣，搶飽了財物美女，不想打仗。真所謂「無欲則剛」，所以他比李自成更剛強。
他是「x他媽，頂硬上」的英雄。
但他部下的兵將不是廣東人，主要是遼河兩岸的關外健兒，其他各省的都有。只因為主帥有「頂硬上」的英銳之氣，部屬也都跟著他「頂硬上」了。
這時寧遠守兵約一萬，而清兵有十三萬。向來明清交戰，總是明兵多而清兵少，這次卻眾寡易勢，大軍都在經略高第手中。高第全軍據守山海關，果然並不派兵來救。
努爾哈赤先分遣部隊繞過寧遠，在城南五里處切斷了通向山海關的大路，然後放幾名俘虜來的漢人去寧遠向袁崇煥傳話：「我這次帶了二十萬大軍來攻，寧遠非破不可。守城官如投降，我一定大加優待，封為大官。」袁崇煥回答說：「你突然領兵來攻，那是什麼道理？錦州與寧遠兩城，你本來已經佔領，又再放棄。我修築好了來住，自然要死守，怎肯投降？你說有二十萬兵，未免誇大。你真正的兵力大約是十三萬，我倒也不以為來兵太少了。」
努爾哈赤於是大舉攻城。
當時朝鮮使者帶同翻譯官韓瑗去北京朝見皇帝，剛到達寧遠。袁崇煥很高興的招待使節及其隨從。朝鮮使節見守軍甚是鎮定，暗暗感到奇怪。袁崇煥和三數幕僚閒談，及報清兵攻到，袁崇煥乘轎至戰樓，又與韓瑗等談古論文，泰然自若，全無憂色。過了不久，忽聽得一聲大炮，聲動天地。韓瑗大驚，只嚇得低下了頭抬不起來。袁崇煥笑道：「賊兵來了！」開啟城頭敵樓的窗子，向外望去，只見清兵蔽野而來。城中卻聲息全無。
成千成萬的辮子兵衝到了城邊，突然之間，城頭舉起千千萬萬火把，矢石如雨般投下城去。戰事越來越激烈，明軍忽然從城頭的每一個石堞間推出一個又長又大的木櫃，這些大木櫃一半在堞內，一半探出城外，大櫃中伏有甲士，俯身射箭投石，投完了便將大木櫃拉進來，再裝矢石出去投擲。跟著地雷爆發，土石飛揚，無數清兵和馬匹被震上半空。
攻城清兵的先鋒部隊是鐵甲軍，每人身上都披兩層鐵甲，稱為「鐵頭子」。清兵以堅車攻城，車頂以生牛皮矇住，矢石不能傷。城內架起西洋大炮十一門，在城頭輪流轟擊，每一炮打出去，破壞殺傷及於數里。
清兵奮勇迫近，推了鐵裹車猛撞城牆，聲音轟隆轟隆，勢道驚人，撞擊了很久，城牆撞破的地方很多。清兵再用像雲梯那樣的裹鐵高車來撞擊城牆高處。隨後又把裹鐵車推到城牆邊，上面用木板遮住，以擋城頭投下的矢石，車裡藏了兵士，用鐵鍬挖掘城牆牆腳。清兵攻進了城牆下的死角，大炮已打他們不到。在這危急之時，守軍想到了計策，抬了屋子前的長條大階石從城上投下去。階石十分沉重，鐵車上的木板擋不住，壓死了不少清兵。
攻城歷時很久，城基給清兵挖成了一個個凹龕，清兵躲在城牆洞內向裡挖掘，城上再投大石下去，就打不到了。這時寧遠四周十餘里的城牆牆腳已被挖得千孔百瘡，眼看城破在即，滿城百姓驚惶得很，都抱怨說：「袁爺為了他自己一人，害死了我們滿城百姓。」後來北京百姓怨怪袁崇煥，大概也出於這種懦怯卑劣的心理。
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