努尔哈赤看到，阻碍自己攻破城池的主要是袁崇焕。
他驻守的宁远坚不可摧，如今又来救援京师，就想除掉他，于是就派人使用离间计，放出风来说袁崇焕想谋反。
崇祯皇帝本来就怀疑袁崇焕，况且有不经请示擅杀毛文龙的事，也担心他在宁远拥兵自重，就相信了传言。崇祯二年（1629年）十二月一日，思宗以“议饷”的名义召袁崇焕、满桂、祖大寿等人入朝，当场质问袁崇焕以前杀毛文龙和现在要进京犒赏军队这两件事，袁崇焕一时间答不上来，当场就被逮捕，打入死囚牢。
袁崇焕被捕以后，很多人落井下石，内阁大学士温体仁连续五次上疏，认为袁崇焕欺瞒皇上，私通敌人，极力主张杀掉袁崇焕。兵部尚书梁廷栋曾经和袁崇焕在辽东共事，也跟他有过节，这时候乘机攻击袁崇焕。朝中大臣中有很多人看出这是一桩冤案，但是因为害怕温体仁和梁廷栋位高权重，不敢相救。
由于袁崇焕在前线与众位将士同生死、共患难，有很高的威望，所以，他的被捕引发了混乱。将士们一片惊惶，不知所措，军中很多人大哭，弄得人心惶惶。在城头上，士兵们乱掷石块，因不满而谩骂，使得一万多精锐部队顷刻瓦解，一哄而散。
崇祯二年（1629年）十二月四日，袁崇焕的部将祖大寿，见袁崇焕被捕，害怕朝廷也把自己杀掉，就和副将何可纲等人率领自己所辖部队一万五千人向东溃散，声势很大，严重影响了军心民心。崇祯皇帝听说以后，有些后悔，在这危急时刻，不该先杀大将。现在，只有袁崇焕能收拾局面。他让人到狱中取来袁崇焕亲笔信，派使臣飞速追赶，想要召回祖大寿。但是，祖大寿已经回到锦州。使臣又追到锦州，拿出袁崇焕亲笔信让祖大寿看，祖大寿才下马捧着书信，大声哭喊，悲痛欲绝，全军将士无不落泪，一片哭声。孙承宗听说以后，急忙派遣都司贾登科带着自己的亲笔信安慰祖大寿，同时命令游击石柱国去安抚各军。
祖大寿见到贾登科以后，遗憾地说：“我们的士兵急急忙忙去京师救援，打了许多胜仗，希望得到丰厚的奖赏，谁知道却被城上的士兵骂为贼，并且投石块砸死很多人。我们派遣的巡逻士兵，被当作间谍杀掉。我们这样舍生忘死，拼命厮杀，却被当作罪人，我们没有办法，只好逃跑。”
石柱国追上逃散的军队以后，将士们都严阵以待，拿刀动剑，很有敌意。等到说明来意，士兵们都哭了：“督师袁崇焕既然被杀，又将用大炮击毙我们，所以我们才逃跑啊。”石柱国再向前追，祖大寿已经走远了，只好原路返回。他把这些情况报告给孙承宗。孙承宗知道皇帝很着急，连忙写下奏疏，上奏道：“祖大寿听说袁崇焕被杀，疑心自己被牵连，又不肯受满桂节制，所以对士兵说皇帝将要杀死他们，不是所有的部下都想叛变。所以，应当大开生路，收服众人的心。辽将中很多都是马世龙的旧部，臣根据情况，派马世龙去告知皇上的本意，那些将士必然放下武器归来，祖大寿不足以忧虑。”
思宗很高：兴，同意孙承宗的做法。孙承宗写了一封密信告诉祖大寿，抓紧上奏士卒混乱的原因，并且要立功赎罪，而自己当代替祖大寿向皇上解释。祖大寿收到信以后，同意了孙承宗的建议，把自己带领军队向东溃败的原因一一列出，反映了广大将士的心声。思宗下诏，既往不咎，并且赏赐一些物品安抚士兵，命孙承宗移师镇守山海关。诸位将领听说孙承宗、马世龙到了，很多人自发地归队。祖大寿的妻子左氏也劝说他，祖大寿这才完全心回意转，集合好士兵，随时等候命令。
当初，溃败的士兵退出山海关以后，关城被敌人抢劫，闹得家家户户人心惶惶，都关着门，买卖也不做了。
孙承宗来了以后，人心才开始稳定下来。以前的关城长十六里，卫城只有二里。现在让敌人破坏得不成样子，于是重新修筑城墙，架上大炮，严加防范。城中的水不够用，一昼夜内竟然打了一百眼井。以前那些无所事事的人，都分派给具体的任务，巡逻的、守粮仓的，各就各位。这样内部就减少了作乱的因素，外部如果有刺探军情的，也都及时地被巡逻抓住。山海关整顿好以后，派遣马世龙率领步兵、骑兵一万五千人支援北京保卫战，派游击祖可法等人率骑兵四个营向西去戍守抚宁。
崇祯三年（1630年）正月，祖大寿整顿好军队，入关拜见孙承宗，他的亲兵五百人全副武装等候在关门口。
孙承宗推心置腹地跟祖大寿谈话，祖大寿深受感动，当天就把自己所统领的步兵、骑兵三万列在教场中，举行誓师典礼，彼此完全消除了误会。当时清军已经攻下遵化城，正月四日占领永平，正月八日占领迁安，紧接着攻克滦州。同时分兵攻打抚宁，因为祖可法等人坚守城池，所以没有攻下来，又向山海关进军，离山海关三十里安营扎寨。副将官惟贤等拼命苦战，山海关安然无恙。
清军又回师攻打抚宁和昌黎，守军顽强抵抗，没有攻下来。这时战局已经稳定，孙承宗重新经营山海关。
山海关西南有三座城：抚宁、昌黎、乐亭，西北有三座城：石门、台头、燕河。这六座城向东护着关门，向西围绕永平，都是靠近山海关的战略要地。孙承宗命令这六座城严防死守，然后以此为据点，开始收复失地。
当京师正在戒严的时候，天下勤王兵先后来到的有二十万人，都驻扎在蓟门以及京师近郊，他们相互观望，没有拼死冲杀。皇帝屡次下诏督促，诸将也不时的出击，然而却杀不退敌人。
在战争处于胶着状态的时候，马世龙请求先收复遵化，孙承宗说：“不行，遵化在北面，想攻下来很容易，却难以守住，不如暂且留下它，以分散敌人的兵力。如今应当大造声势，佯装攻打遵化，使放人派不出军队，我们调集丰润、开平的军队，联合山海关的军队攻打滦州，同时派骑兵攻占永平。打下滦州、永平，那么山海关、永平就连在了一起，这时候再攻打遵化就容易了。”
商议好以后，孙承宗亲自督战。五月十日，祖大寿和张春、邱禾嘉的军队先到达滦城外，马世龙和尤世禄、吴自勉、杨麒、王承恩相继来到，第三天攻下滦州。副将王维城等也收复迁安。清军看到永平难守，也撤兵回去了，孙承宗大军进驻永平。十六日，谢尚政率军收复遵化。清军见大势已去，慌忙撤走了全部军队。
战争胜利以后，思宗论功行赏。加封孙承宗太傅衔，赐蟒服、白金，世袭锦衣卫指挥佥事。孙承宗接受了其他的赏赐，却坚决辞去太傅的封号，并且屡次上疏要退隐田园。思宗好言劝勉，不许他退隐。后来有小股的反叛势力作乱，孙承宗令大将王威打败了他们，皇上又赏赐银币。册立东宫的时候，加封太保。以后还有加封，每次他都要求辞去封号，坚持辞官回家。思宗命内阁大臣商议孙承宗的去留问题，谁也决定不了。思宗亲自派特使降旨慰问，孙承宗没有办法，只好担负起职责，视察军事。
崇祯四年（1631年）正月，孙承宗出关东巡，到达松山、锦州。刚刚入关，又向两巡视，协十二路全部巡查完毕才回去。根据巡查的情况条陈上疏边防政务共八件事，都被思宗采纳。到五月，这一任期的政绩考核完毕，皂帝下诏加太傅衔兼食尚书的俸禄，世袭尚宝司丞，赐予蟒服、银币、羊酒，他还是坚决辞去太傅衔不接受。
崇祯四年（1631）七月，孙承宗打算恢复以前那种牢固的防守，就令祖大寿等人率兵四千驻守大凌河，又征发一万四千人筑城。八月六日，筑城才二十天左右，大凌河的城墙刚刚修完，城上的矮墙刚修完一半，后金突然发兵攻到城下，并于当天开始围城，明军仓促之间紧闭城门，拒不出战。孙承宗听说以后，亲自来到锦州，派吴襄、宗伟前往大凌河救援。但是，宁远巡抚邱禾嘉向后推迟了好几天，吴襄、宗伟被阻击，大败于长山。
到了十月，大凌河已经被围困三个月，守军物资耗尽，祖大寿假装投降，借机跑回锦州，大凌河城又被拆毁。
大凌河的失守，引起了朝廷内部的攻击，说他们修筑大凌河是错误的决策。孙承宗很生气，连连上疏称病求退。
崇祯帝为平息朝中的不满情绪，批准他回家养病。
大明将亡城破身死
孙承宗在家闲居，享受了一生中最平静的一段日子。
平静的日子倍觉短暂，一转眼就是七年。崇祯十一年（1638年），孙承宗已是76岁的老人了。这一年，清兵大举进兵，统帅是大将多尔衮，他是皇太极的弟弟。他想马上带兵攻打北京城，皇太极拦住他说：“我们要先攻高阳，再攻北京。孙承宗在高阳闲居，我们把他捉住，明朝就没能人了。”
多尔衮带兵包围了高阳县城。他本来想攻下高阳轻而易举，等到了城下一看，却惊呆了，只见城墙上戒备森严，城头上威风凛凛地站立着须发皆白的孙承宗。他带领自己的家人，组织好城里的乡亲，准备迎接进攻。
多儿衮面对孙承宗高声喊话：“孙将军，我敬佩你是大明朝的英雄，你如果停止抵抗，我就会饶你不死，你如果负隅顽抗，大军一过，你们谁都活不成。”
孙承宗冷笑一声说：“我一生征战多年，宁可战死沙场，决不投降，你也不必多说废话，快放马过来。”
多儿衮见劝降无效，就下令攻城。哪知城上早有准备，滚木、檑石、弓箭像雨点一样砸了下来，使攻城的清兵死的死伤的伤。多尔衮非常生气，下令强攻。清兵像潮水一样涌了过来，孙承宗终于因为寡不敌众，城破被俘。他的儿子、孙子全部战死。
思宗听说以后，非常悲伤，命有关部门优加抚恤。
首辅杨嗣昌、薛国观等人暗中不执行，只是官复原职，厚葬罢了。到了南明福王时，才赠予“太师”的称号，谥号“文忠”。
