善于闻风而动的努尔哈赤，曾经乘着熊廷弼下台之机，派兵夺占辽沈；这次又得到孙承宗被罢职还乡，高第撤军关内、宁远城孤守的消息，决定派兵攻打宁远城，向袁崇焕报那两次兵败之仇。
经过充分酝酿、准备，后金国于天启六年（1626年，天命十一年）正月十四日，也就是努尔哈赤去广宁一带打围之后的第四天，便迫不急待地从沈阳出发，亲自统帅大军十三万，号称二十万人马，向明朝发动新的、大规模地进攻。
十六日，后金兵马到达东昌堡，十七日渡过辽河，没有受到任何阻挡。
为了显示八旗兵马的雄威，努尔哈赤于旷野布兵，南到大海，北越广宁大道，漫山遍野，浩浩荡荡，看不到首尾，只见剑戟如林，刀枪的寒光刺人眼目，令人望之胆寒。
大军抵达西平堡时，前哨军卒捉住几名明军的探马，经过审问，得知除宁远城以外的城堡，均无大部队防守，只有屯卫守员一千人，大凌河城守兵五百人，锦州守兵三千人。
后金兵马一到，右屯卫守城参将周守廉、锦州游击肖盛、中军张贤、都司昌忠、松山参将太辅、中军毛风义，以及大小凌河、杏山、塔山等各处军民，按照袁崇焕的布置，实行坚壁清野，焚烧房屋，运走所有的谷物粮食，毫无反抗，纷纷逃走，故意显示出畏敌如虎的逃跑姿态。
于是，努尔哈赤十几万兵马如入无人之境，毫无阻挡地开进不设防的右屯、锦州、松山、杏山、塔山、大小凌河各城。
当后金的兵马从沈阳一出发时，袁崇焕的探马便来向他报告了。
他与总兵满桂等商议后，对守城作了严密部署：他先喊来参将姚抚民、胡一宁、金冠、还有游击季善、张国青等，给他们交待了任务。
尽管宁远城兵将不足三万人，袁崇焕却临战不惊，指挥若定，团结守城将领，迎战后金兵马。
首先，袁崇焕将兵力集中于宁远城内，撤中左所、右屯等处的兵力，连同从西洋购来的大炮，全部入城，精心布置于城头。
为了吸取已往教训，袁崇焕命令同知陈维模负责稽查城内奸细，及时肃清后金的间谍人员在城内活动，发现一个消灭一个，绝不手软。
袁崇焕准备长期守城，命令通判金启宗专门负责供应守军将士的饮食。对将领也作了分工，袁崇焕派总兵满桂守城东，副将左辅守城西，参将祖大寿守城南，副总兵朱梅守城北；而袁崇焕自己则总督全局，负责全城守御。
从这一天开始，袁崇焕不再下城，就在城上与守城将士一起吃住，在他的鼓舞下，全城军民立即行动起来，身强力壮的登城防守；不能打仗的，参加后勤巡守巷口，提防奸细。
为向皇上表示决心，袁崇焕在写给天启帝的卷表中，表达了他和宁远城军民的战斗意志，誓死捍卫大明江山社稷，狠狠打击兴兵来犯的后金兵马！
努尔哈赤本是一个深谋远虑之人，许多事情都是未雨绸缪，事前早做好准备了。在向宁远出兵之前，他曾单独找李永芳、李小芳父子二人，布置往宁远城派遣谍报人员的事情。
二人肩负着后金汗王努尔哈赤的使命，怀里揣着马如龙的书信，进了宁远城。当时，虽说后金没有出兵，宁远城里已显示出紧张的备战气氛。城上守军各就各位，严阵已待。站岗的、游动的，还有一队队巡逻士卒穿街过巷，盘查可疑行人，既紧张，又有秩序。
李小芳与柯汝州以商人装束混进城去，来到总兵府里，将马如龙的书信交予满桂。
满桂读完信，便留下他们住在府里，以为二人是来做生意的，就未加注意。
次日，两人一天未归，直至满桂被袁崇焕叫去议事。
两人住在满桂府里，当晚私下里商议，对满桂只能伺机劝说，一见那十一门西洋大炮，禁不住大惊失色。据说是从英国买来三十门大炮，也就是英国制造的早期加农炮，具有身长、管壁厚、射程远、威力大的特点，是对付密集骑兵的有力武器。
这三十门加农炮，北京都城留下十八门，炸毁一门，解往山海关十一门。余下的这十一门强力大炮，被孙承宗要来，让袁崇焕放在宁远城头。李小芳、柯汝州两人在城头一见到这些“庞然大物”，立即绘出大炮装设的位置、方向等。
谁知守城的士卒早就盯上了他们的行动，和左辅将军报告了，等他们把图纸装进口袋之时，城上的守军立即包围过去，将他们扭送到左辅那儿。因为所绘图纸被查获，二人虽然百般狡辩，左辅将军基本认定他们是后金派来的谍工人员。