其实前面提到的以辽人卫辽，以防守为主，寻找战机出奇制胜，并以议和为辅助手段，三招并用，是袁崇焕“五年平辽”方略的一部分。
而且袁崇焕主张与后金议和，主要目的是为构筑辽东防线争取时间。但此举受到大多数明朝中央政府官员的反对和指责，因为议和也使后金趁机出兵征服了朝鲜，使明朝失去了名义上的一股牵制力量。这也是袁崇焕上次辞职回乡的原因之一。但是，袁崇焕还是坚持把议和作为辽东整体战略的一部分。这虽然出于辽东战事的实际需要，但从中也反映了袁崇焕性格中倔强的一面。
崇祯二年（1629）年初，后金所辖地区发生大饥荒，物资匮乏，民心不稳。为了转移视线，也为了通过谈判骗取明朝的物资，五六月间，几乎与袁崇焕处理毛文龙东江部队事件的同时，皇太极多次派出使者，并写信给袁崇焕，提出停止敌对、与明朝修好，条件是明朝赔款并补偿物资给后金。袁崇焕识穿了皇太极的阴谋，故意拖延应付，不作实质性答复。同时，要求宁远、锦州前线官兵做好战事准备，严防后金发动进攻。
在袁崇焕离职一年的时间里，皇太极采取联姻和征服并举的办法，收服了长城以北的蒙古各部。这样，明朝的两大劲敌已经联手，后金的军事威胁已不仅仅针对山海关及其关外地区，还扩展到京城以北的长城沿线军事重镇。
在巩固辽东防线的同时，袁崇焕向朝廷指出了蓟州、遵化一带守军力量薄弱的问题，并提出在此设立一团练总兵，加强防守。因为蓟州不保，京城的门户一旦打开，就会带来全局性的灾难。兵部尚书王洽没有采纳袁崇焕这个富有远见的建议，给了皇太极西进的可乘之机。
崇祯二年十月十六日，皇太极在蒙古喀喇沁部的向导下统兵西进。得到这一情报后，袁崇焕及时命令参将谢尚政率兵前往蓟州协助防范。但当时的蓟州巡抚王元雅昏庸得很，以后金兵去向不明为由，强行拒绝谢尚政所率部队的协防。八天后，皇太极不顾孤军深入的危险，决定分兵两路攻打长城大安口、龙井关，力争在遵化会师。十月二十六日，后金与蒙古联军向两地发起进攻。由于当地明军毫无准备，三天后两个关隘先后被攻陷。明朝京城震动，急忙于十一月一日宣布京城戒严。
得到后金八旗兵进攻的消息，袁崇焕马上下令赵率教统兵4000人赶往遵化支援，经过三天三夜的急行军，援军到达遵化附近的三屯营城堡。但守卫此地的总兵朱国彦莫名其妙地拒绝援军入城并肩抗敌，迫使疲惫至极的援军，没来得及休整就与前来攻城的后金两路大军狭路相遇在城外。经过一番激战，援军全军覆灭，辽东一代名将赵率教就这样阵亡。三屯营、遵化相继被攻陷，巡抚王元雅死于乱军之中，朱国彦兵败自杀。
赵率教率军出发的同时，袁崇焕亲自率军驰援京师，十一月九日抵达蓟州，按照崇祯皇帝的谕旨，及时进行了山海关及京师附近的防御作战。由于当地明军不堪一击，关外援军经过连日来千里奔驰，体力消耗甚大，战斗力严重下降，没法有效阻挡后金兵的西进。十一月十二日，皇太极率军直抵京城外围的通州，没想到袁崇焕早三天到达此地设防，两军交战，后金兵受阻。在相持不下的情况下，皇太极撤兵急速进攻京城。于是，袁崇焕又率领9000名将士两天两夜急行军，十一月十六日比后金兵早三天抵达北京城广渠门外扎营御敌。
京城宣布戒严的当天，崇祯皇帝下令各省军队前来保卫京师。但是，只有大同总兵满桂和宣府总兵侯世禄率兵及时赶到，驻扎在德胜门外。
十一月二十日，后金八旗兵分两路对北京城发起进攻，袁崇焕所率援军及满桂、侯世禄所率领的勤王军队分别与后金军队交战于城南广渠门、城北德胜门外。侯世禄部很快就溃不成军，满桂部独自在德胜门外激战，不久被守城明军火炮自伤，满桂与所部百余残兵撤进城中。广渠门外，袁崇焕指挥辽东将士与敌军激战6个小时，杀敌千余人，八旗兵统帅、六贝勒阿巴泰受伤，进攻被击退。第二天，皇太极被迫退至南海子。到十一月二十九日，袁崇焕又派炮兵进攻南海子，迫使皇太极继续后撤。
十二月一日，袁崇焕正准备派将追剿八旗退兵之时，崇祯皇帝突然召见他与祖大寿、满桂等人。一见面，崇祯皇帝就罗列了袁崇焕的三大罪状，一是擅自杀害毛文龙，二是引敌兵围攻京师，三是内讧射伤大将满桂，并让满桂当场解甲验伤。袁崇焕一下没反应过来，无以为答。崇祯立即下令锦衣卫剥去袁崇焕的军装，逮捕入狱，等候审判。在场的朝廷大臣震惊不已，只有礼部尚书成基命站出来劝谏，希望崇祯皇帝慎重考虑，兵临城下正是用人之际，但崇祯皇帝一意孤行，态度坚决。随行的祖大寿一见，吓得发抖，不断叩头乞求皇上慎重从事。
逮捕袁崇焕虽然事出突然，但绝不是崇祯皇帝的一时冲动。早在后金攻陷长城两个关口时，兵部尚书王洽担心被追究责任，就恶人先告状，往袁崇焕身上泼脏水。他口口声声地说，早在后金兴兵西进之日，兵部就要求袁崇焕发兵阻击，但始终没见行动，致使后金兵顺利西进，如入无人之境，直逼京师，并要求严重警告袁崇焕。当时，崇祯皇帝显然已对袁崇焕不信任。所以，当袁崇焕到达广渠门外御敌时，崇祯皇帝只召见了前来救援的大同总兵满桂，而将袁崇焕冷落一旁，并下令不让袁崇焕所部将士入城休整。
王洽推诿责任的谎言，没有让自己逃过失职惩处，不久被下狱问罪，病死在狱中。但王洽的话使许多不明真相的朝廷官员、京城百姓一齐把愤怒发泄到袁崇焕身上，一时谣言四起。官员们推断，袁崇焕多次与皇太极议和，皇上没有批准，因而暗中与皇太极约好，招引后金兵临京师城下，逼迫朝廷与后金签订和约。在他们眼中，袁崇焕千里驰援，是在演“双簧戏”。这样一来，崇祯皇帝就更加疑神疑鬼了。
大敌当前，前来“勤王”的袁崇焕昔日部将、大同总兵满桂乘机落井下石。他先是让部下冒充袁崇焕的部队，抢劫京郊百姓及王公贵族，激起众怒；接着又向皇上告状自己与敌兵交战时，袁崇焕不但袖手旁观不施援助，反而让部下射箭偷袭，致使自己中箭受伤。当日宁远大捷之后，满桂与赵率教等将领为了争功发生矛盾。袁崇焕生性率直，作为上司，据实向朝廷作了反映，既肯定满桂在宁远之战中的功劳，也指出了满桂性情暴躁、与诸将不和、居功自傲等缺点。为避免前线将领矛盾加深，袁崇焕还提出调离满桂。满桂认为袁崇焕偏袒赵率教，从此怀恨在心，趁这次入援京师之机，挟私愤栽赃报复。
努尔哈赤之死与其在宁远之战中被袁崇焕打败有直接关联。皇太极一向视袁崇焕为杀父仇人，一心想除掉袁崇焕而后快。对于袁崇焕千里驰援京师与八旗兵激战，皇太极感到十分意外，也非常恼恨。此次孤军深入直逼明朝京师城下，有袁崇焕的关外雄兵抵挡，要攻下北京城已难如愿，要安全撤退也面临巨大困难。这时京师对袁崇焕的不利传言，给了皇太极一个好机会。随行的谋士范文程，给皇太极出了个反间主意。当时，正好后金捉了两名明朝皇宫太监，其中的杨太监还是崇祯皇帝身边的人。皇太极就让副将高鸿中、参将鲍承先等人当着两位太监的面，假装偷偷地议论说：“这次进兵北京的军事行动，早就与袁崇焕约好了。今日退兵，也是应袁崇焕的请求才这么做的。”之后偷偷地放跑了这两个太监。逃回皇宫后，杨太监一五一十将自己听到的话向崇祯皇帝报告。本来就起疑心的崇祯皇帝，联系种种传言与迹象，于是认定袁崇焕是这次后金兵临京师城下的罪魁祸首。清朝修《明史》时，用“会我大清设间，谓崇焕密有成约，令所获宦官知之，阴纵使去。其人奔告于帝，帝信之不疑”几句话，对此作了明确的描述。皇太极的反间计，既除掉了杀父仇人、辽东劲敌袁崇焕，也为八旗兵安全撤退创造了条件，达到了一箭双雕的效果。