天启四年（1624年）九月，袁崇焕升正四品兵备副使，再进从三品山东布政司右参政，兼按察司佥事。
十月，袁崇焕得知父丧，准备回乡守孝，行至丰润县，接到天启帝的夺情起复之命而返任辽东。
天启五年（1625年）九月，明军在辽东与建奴的柳河之役中大败。
袁崇焕阻挡大明的士卒奔溃，并收拢残兵，组织安排他们各自回到自己的驻地防守，从而保全了明军的实力，防止了战局的进一步恶化。
十月，孙承宗因为柳河之役的大败而引咎辞职。
袁崇焕因此对朝廷深感失望，见到孙承宗就流泪，甚至请求和孙承宗一起辞职。
孙承宗辞职后，新任的辽东经略高第到任辽东不久，即命锦州、右屯卫、宁远、前屯卫等处的军民入关，尽弃关外之地。
袁崇焕上书抗议，认为锦州、右屯卫、大凌城，这三城绝不可轻易弃守。
如果弃守这三城，那么只会“示敌以弱，非但东奴（后金），西虏（蒙古）亦轻中国”，而且会使“宁（远）、前（屯卫）震惊，（山海）关门失障”。
同时袁崇焕还表示：“宁前道当与宁前为存亡，如撤宁前兵，宁前道必不入，独卧孤城，以当虏耳！”
在高第的命令下，关外诸城的明军大都撤入关内，只有袁崇焕拒绝了高第的命令。
由于高第无法强迫袁崇焕撤离，因此关外诸城只剩宁远还在坚守。
十二月，广西道御史王珙上疏称赞袁崇焕，“清操伟略”，请求给他升官，明廷遂升袁崇焕为山东按察使（正三品），仍管宁前道事。
天启六年（1626年）正月，努尔哈赤亲征辽西。
袁崇焕在得知努尔哈赤率军渡过辽河之后，马上进行了军事部署。
他安排满桂负责宁远全城防务，东南方为面对建奴大军的冲之地。
此处的防卫由满桂亲自负责，左辅负责西面，祖大寿负责南面，朱梅负责北面。
此时的宁远城，刚刚获得了朝廷划拨的十一门红衣大炮（红夷大炮），袁崇焕对此炮的威力十分满意，企图借助十一门红夷大炮的巨大威力退敌。
袁崇焕除了积极备战城防外，还在战略上采取坚壁清野之策，焚毁城外民居、积储。
在宁远城的战略动向大会上，袁崇焕对着全城的军民说道，“本道（袁崇焕自称）定与此城为存亡，而本道申明内有各将领或守或援，俱当与本道为存亡。
结连一处，彼此同心，死中求生，必生无死。但恐贤愚不一，除临阵退缩，本道法所得及，径于军前诛之。”
为坚定将士守城决心，袁崇焕诛杀临阵退缩的逃兵，并移檄前屯卫总兵赵率教、山海关总兵杨麒，说凡见逃兵即以间谍论，逮捕处死。
若有一兵溃入前屯卫，一卒逃进关内，则问罪赵、杨二将。
袁崇焕又给山海关管关的主事陈祖苞写信，嘱咐他不得放改服潜逃的兵士入关。
由此，宁远将士“皆无退志”。
袁崇焕还当面恳请经略高第不要出兵援助，以谋求“置之死地而后生”。
在决战前，袁崇焕刺血为书，向全体将士下拜，吃着草激励他们说：“苟能同心死守，吾为牛羊以报，亦所甘也！”将士都为之感动，请求拼死一战。