天启二年（1622年）四月，王在晋抗（后）金兵败，士兵擅自溃逃的很多，袁崇焕赶到后，亲手斩杀数人方才止住溃败。王在晋决定在八里铺修筑城墙，袁崇焕认为劳民伤财、不是御敌的上好策略，便报请朝廷首辅大臣叶向高酌定。叶向高偏向袁崇焕的意见，让大学士孙承宗巡行边塞时按具体情况处置。当时，辽东十三山（辽宁锦州凌海东）有10多万百姓被困，袁崇焕向王在晋请求带兵解救，王在晋以军队新败、士气沮丧为由拒绝。
正好大学士孙承宗巡行边塞路过此地，袁崇焕又向孙承宗请示：“在宁远驻扎五千兵力，以壮十三山的声势，然后派遣将领带兵去救援十三山”。又说：“宁远距十三山不过两百里，我军可以轻易占据锦州，就算我们占据不了锦州，还可以再退回宁远，为什么要放弃十万难民而不救援呢”？孙承宗为袁崇焕的谏言所感动，亲自与蓟辽总督王象乾商议。
王象乾也认为袁崇焕的建议很好，只是觉得驻扎关上的军队刚刚打了败仗，士气不足；还不如让王在晋驻守在山海关的3千人马前往宁远解救百姓。但王在晋在救援不敢深入和久留，十万难民只救回六千人。孙承宗对此非常生气。王在晋又重提修筑城墙墙的建议，遭到孙承宗驳斥。孙承宗召集众文武防务会议。主张驻守觉华，袁崇焕主张驻守宁远；王在晋、张应吾、邢慎言等反对袁崇焕的意见，却提不出什么新的建议。
孙承宗则决定采用袁崇焕的主张。这年八月，朝廷命孙承宗督师辽东，孙承宗在东北期间，亲自镇守山海关，对袁崇焕更加倚重，袁崇焕不负所望，安抚军民，整备边防，立下不少功劳。天启三年（1623年）春，孙承宗命袁崇焕、满桂去哈喇慎（今蒙古哈喇和林）安抚各部，令其移出八里铺，收复270余里土地。袁崇焕回到宁远（今辽宁葫芦岛兴城），发现祖大寿奉孙承宗之命修筑的城墙不合要求，于是袁崇焕重新制定标准拆除重筑，并命祖大寿、参将高见、贺谦督工施工。
这项工程到第二年才竣工，宁远城因此也成了关外著名重镇。孙承宗亲自参与验收，他在验收报告中说：“宁远可攻可守”。“愿用崇焕殚力瘁心”，不愿用“腰缠十万之逋臣；闭门颂经之孱胆”（注 逋：bū逃跑；孱：chán懦弱）。明熹宗朱由校听后沉默不语。这年九月，袁崇焕偕同大将马世龙、王世钦等率水陆马步军1万2千人巡视广宁，拜谒北镇祠（今属辽宁锦州），经过十三山，抵达右屯，由水路从三岔河（今辽宁海城西北）乘船而回。
因袁崇焕防守有功，晋升为兵备副使、右参政。这年，袁崇焕的父亲去世，袁崇焕连书归乡丁忧，没有得到朝廷容许和批准。天启五年（1625年），孙承宗与袁崇焕定下计策：派遣将领占据锦州、松山、杏山、右屯及大、小凌河等地，并修缮城防长期驻守。有效控制并很好地遏制了后金南侵势头。同年十月，孙承宗遭到罢免，高第接替其职。
