在此期间，袁崇焕因为在应对建奴的战略上，与王在晋生了分歧。
王在晋认为，抗击建奴应采用重关战略（即重视山海关，将山海关作为防御支点，并在山海关外八里铺另修边墙和关隘以加强）。
袁崇焕则反对重关战略，主张以关外的宁远（今辽宁省兴城市）为防御支点。
为了抵制重关战略，袁崇焕向时任内阁辅的叶向高上书反映情况。
叶向高原本是打算亲自去山海关查看情况的，但另一阁臣孙承宗请求自己去，于是便由孙承宗巡视山海关。
孙承宗在经过一番实际勘察之后，在这两个方案上倾向袁崇焕的主张，并在回京后，向天启帝夸赞袁崇焕，“英贴实，绰有担当，自愿为大将”，准备对他加以历练栽培。
后来天启帝召王在晋回京，重新委任孙承宗为督师，主持辽东事宜。
与此同时，山石兵备道阎鸣泰升任辽东巡抚，袁崇焕则接任了他的山石兵备道一职。
孙承宗到达山海关以后，安排袁崇焕负责修建营房的工作，负责安插辽民于关外诸城堡。
袁崇焕在任上，“内拊军民，外饬边备，劳绩大着”，但同时也有人说他办事专断，不喜听人的建议。
后来，辽东巡抚阎鸣泰令袁崇焕去检阅新兵，核实新兵人数，防止有人吃空饷。
在核查期间，袁崇焕现有军官雇人参军，然后再将人放走吃空饷。
袁崇焕直接斩杀了那名军官，事后也未报告。
孙承宗在得知此事，质问袁崇焕不上报的缘由，袁崇焕只推诿说自己是奉巡抚之命。
孙承宗怒责其，“未杀不以请，既杀不以闻，其有无激变帖服不以告”。袁崇焕虽顿谢罪，但不以为然。
天启三年（1623年）二月，孙承宗率辽东的文武官员出巡关外。
一行人抵达宁远时，孙承宗虽认可宁远城的战略地位重要，但并未表态以此为辽东防御的重点。
而接替阎鸣泰出任辽东巡抚的张凤翼则主张重点把守山海关而非宁远，山海关总兵马世龙则主张重点把守中后所（今辽宁省绥中县）。
当时恰逢孙承宗的老部下茅元仪，被孙承宗召至觉华岛商讨辽东战局的事宜你。
袁崇焕希望茅元仪能劝孙承宗，在重点防守宁远还是山海关的问题上拍板。
在茅元仪的推动下，孙承宗于当年九月第二次巡视宁远，并正式决定以宁远城为辽东防御重点。
后来，在袁崇焕和茅元仪的推荐下，由满桂出任宁远守将，袁崇焕本人也出驻宁远，与满桂、祖大寿（时名祖天寿）等擘画修筑城池与防卫事宜。
经过一段时间的经营与建设，宁远城拔地而起，时曰宁远城，“商旅辐辏，流移骈集，远近望为乐士，军民五万余家，屯种至五十里，远近莫不归附”。
在宁远城的建设取得巨大成功之后，袁崇焕得意地给大明内阁写信道：“不肖在宁远，长安（代指北京）可高枕而卧也！”
天启四年（1624年），孙承宗安排袁崇焕卸任山石兵备道，专管宁远等处兵备、屯田、马政。
袁崇焕在任上，监督筑城、煮盐炼铁、兴举屯田、操办马政、修造舟车、核兵定饷、筹备粮料、演练车战、招抚蒙古、谋划战守，积极协助孙承宗构筑关宁锦防线。
袁崇焕由此成为孙承宗督师期间“最托重者”。