在此期間，袁崇煥因為在應對建奴的戰略上，與王在晉發生了分歧。
王在晉認為，抗擊建奴應采用重關戰略（即重視山海關，將山海關作為防御支點，並在山海關外八里鋪另修邊牆和關隘以加強）。
袁崇煥則反對重關戰略，主張以關外的寧遠（今遼寧省興城市）為防御支點。
為了抵制重關戰略，袁崇煥向時任內閣首輔的葉向高上書反映情況。
葉向高原本是打算親自去山海關查看情況的，但另一閣臣孫承宗請求自己去，于是便由孫承宗巡視山海關。
孫承宗在經過一番實際勘察之後，在這兩個方案上傾向袁崇煥的主張，並在回京後，向天啟帝夸贊袁崇煥，“英發貼實，綽有擔當，自願為大將”，準備對他加以歷練栽培。
後來天啟帝召王在晉回京，重新委任孫承宗為督師，主持遼東事宜。
與此同時，山石兵備道閻鳴泰升任遼東巡撫，袁崇煥則接任了他的山石兵備道一職。
孫承宗到達山海關以後，安排袁崇煥負責修建營房的工作，負責安插遼民于關外諸城堡。
袁崇煥在任上，“內拊軍民，外飭邊備，勞績大著”，但同時也有人說他辦事專斷，不喜听人的建議。
後來，遼東巡撫閻鳴泰令袁崇煥去檢閱新兵，核實新兵人數，防止有人吃空餉。
在核查期間，袁崇煥發現有軍官雇人參軍，然後再將人放走吃空餉。
袁崇煥直接斬殺了那名軍官，事後也未報告。
孫承宗在得知此事，質問袁崇煥不上報的緣由，袁崇煥只推諉說自己是奉巡撫之命。
孫承宗怒責其，“未殺不以請，既殺不以聞，其有無激變帖服不以告”。袁崇煥雖頓首謝罪，但不以為然。
天啟三年（1623年）二月，孫承宗率遼東的文武官員出巡關外。
一行人抵達寧遠時，孫承宗雖認可寧遠城的戰略地位重要，但並未表態以此為遼東防御的重點。
而接替閻鳴泰出任遼東巡撫的張鳳翼則主張重點把守山海關而非寧遠，山海關總兵馬世龍則主張重點把守中後所（今遼寧省綏中縣）。
當時恰逢孫承宗的老部下茅元儀，被孫承宗召至覺華島商討遼東戰局的事宜你。
袁崇煥希望茅元儀能勸孫承宗，在重點防守寧遠還是山海關的問題上拍板。
在茅元儀的推動下，孫承宗于當年九月第二次巡視寧遠，並正式決定以寧遠城為遼東防御重點。
後來，在袁崇煥和茅元儀的推薦下，由滿桂出任寧遠守將，袁崇煥本人也出駐寧遠，與滿桂、祖大壽（時名祖天壽）等擘畫修築城池與防衛事宜。
經過一段時間的經營與建設，寧遠城拔地而起，時曰寧遠城，“商旅輻輳，流移駢集，遠近望為樂士，軍民五萬余家，屯種至五十里，遠近莫不歸附”。
在寧遠城的建設取得巨大成功之後，袁崇煥得意地給大明內閣寫信道︰“不肖在寧遠，長安（代指北京）可高枕而臥也！”
天啟四年（1624年），孫承宗安排袁崇煥卸任山石兵備道，專管寧遠等處兵備、屯田、馬政。
袁崇煥在任上，監督築城、煮鹽煉鐵、興舉屯田、操辦馬政、修造舟車、核兵定餉、籌備糧料、演練車戰、招撫蒙古、謀劃戰守，積極協助孫承宗構築關寧錦防線。
袁崇煥由此成為孫承宗督師期間“最托重者”。
天啟四年（1624年）九月，袁崇煥升正四品兵備副使，再進從三品山東布政司右參政，兼按察司僉事。
十月，袁崇煥得知父喪，準備回鄉守孝，行至豐潤縣，接到天啟帝的奪情起復之命而返任遼東。
天啟五年（1625年）九月，明軍在遼東與建奴的柳河之役中大敗。
袁崇煥阻擋大明的士卒奔潰，並收攏殘兵，組織安排他們各自回到自己的駐地防守，從而保全了明軍的實力，防止了戰局的進一步惡化。
十月，孫承宗因為柳河之役的大敗而引咎辭職。
袁崇煥因此對朝廷深感失望，見到孫承宗就流淚，甚至請求和孫承宗一起辭職。
孫承宗辭職後，新任的遼東經略高第到任遼東不久，即命錦州、右屯衛、寧遠、前屯衛等處的軍民入關，盡棄關外之地。
袁崇煥上書抗議，認為錦州、右屯衛、大凌城，這三城絕不可輕易棄守。
如果棄守這三城，那麼只會“示敵以弱，非但東奴（後金），西虜（蒙古）亦輕中國”，而且會使“寧（遠）、前（屯衛）震驚，（山海）關門失障”。
同時袁崇煥還表示︰“寧前道當與寧前為存亡，如撤寧前兵，寧前道必不入，獨臥孤城，以當虜耳！”
在高第的命令下，關外諸城的明軍大都撤入關內，只有袁崇煥拒絕了高第的命令。
由于高第無法強迫袁崇煥撤離，因此關外諸城只剩寧遠還在堅守。
十二月，廣西道御史王珙上疏稱贊袁崇煥，“清操偉略”，請求給他升官，明廷遂升袁崇煥為山東按察使（正三品），仍管寧前道事。
天啟六年（1626年）正月，努爾哈赤親征遼西。
袁崇煥在得知努爾哈赤率軍渡過遼河之後，馬上進行了軍事部署。
他安排滿桂負責寧遠全城防務，東南方為面對建奴大軍的首沖之地。
此處的防衛由滿桂親自負責，左輔負責西面，祖大壽負責南面，朱梅負責北面。
此時的寧遠城，剛剛獲得了朝廷劃撥的十一門紅衣大炮（紅夷大炮），袁崇煥對此炮的威力十分滿意，企圖借助十一門紅夷大炮的巨大威力退敵。
袁崇煥除了積極備戰城防外，還在戰略上采取堅壁清野之策，焚毀城外民居、積儲。
在寧遠城的戰略動向大會上，袁崇煥對著全城的軍民說道，“本道（袁崇煥自稱）定與此城為存亡，而本道申明內有各將領或守或援，俱當與本道為存亡。
結連一處，彼此同心，死中求生，必生無死。但恐賢愚不一，除臨陣退縮，本道法所得及，徑于軍前誅之。”
為堅定將士守城決心，袁崇煥誅殺臨陣退縮的逃兵，並移檄前屯衛總兵趙率教、山海關總兵楊麒，說凡見逃兵即以間諜論，逮捕處死。
若有一兵潰入前屯衛，一卒逃進關內，則問罪趙、楊二將。
袁崇煥又給山海關管關的主事陳祖苞寫信，囑咐他不得放改服潛逃的兵士入關。
由此，寧遠將士“皆無退志”。
袁崇煥還當面懇請經略高第不要出兵援助，以謀求“置之死地而後生”。
在決戰前，袁崇煥刺血為書，向全體將士下拜，吃著草激勵他們說︰“苟能同心死守，吾為牛羊以報，亦所甘也！”將士都為之感動，請求拼死一戰。（www.101novel.com）