5月17日，后金天聪汗：爱新觉罗·皇太极，开始收缩对广宁中屯卫（后金叫锦州）的包围，并聚兵于城西二里处结营，以防止南边明廷援军北上。

5月18日，急不可耐的后金天聪汗又将劝降书信射入城中，明军依旧不予理睬。

5月19日，明辽东总镇巡抚：袁崇焕，鉴于阉党明宁远卫监军：刘应坤，不断催促他前去救援困在广宁中屯卫城内的明山海卫监军，因此袁巡抚才派出关宁骑兵进逼扰敌，但以上诸措施，均未见太大实效。

随后5月25日，后金镶红旗固山额真：完颜·博尔晋、后金镶白旗固山额真：钮钴禄·图尔格，才率领后金援军从盛京城赶来广宁中屯卫参与围城，这大大增强了后金军攻城的兵力。

到了5月26日，后金军已围城半月之久，时值初夏，后金官兵暴露荒野、粮料奇缺、人马疲惫、士气达到了低落。

5月27日辰时，后金天聪汗见诱明援军野战不成，且广宁中屯卫久攻不下，派使者劝和也不降，便决定亲率后金大贝勒：爱新觉罗·代善、后金二贝勒：爱新觉罗·阿敏、后金三贝勒：爱新觉罗·莽古尔泰、后金镶蓝旗和硕贝勒：爱新觉罗·济尔哈朗，等人向南移师，前往宁远卫一带迎击明军。

因此后金军开始分兵为两队；一支继续留驻广宁中屯卫并在城外凿开三道战濠，加以包围，另一支南下宁远卫。

5月28日辰时，后金军到达宁远卫城下，当时宁远卫城内明辽东总镇巡抚：袁崇焕、明宁远卫监军：刘应坤、明都察院右佥都御史兼广宁前兵备道参议：毕自肃，一起负责指挥明军们撤进战壕内。

其中明蓟州镇西协副总兵：孙祖寿、明登莱水师副总兵：许定国，率军在西面，明山海卫总兵：满桂，则传令明山海卫左参将：祖大寿、明山海卫副总兵：尤世威，等将领率军在东面，余部在四周，分守阵地，整备火器，准备迎战。

城外明军还布列车营，前面挖掘深壕作为屏障，明军都撤到战壕内侧安营扎寨，全军整装待发状态。

此次固守宁远卫，依旧凭借着坚城的红衣大炮（吕宋大炮）还有关宁铁骑随时出战，同后金骑兵争锋，因此明军阵营兵将丝毫不落下风。

首先由后金正红旗贝勒：爱新觉罗·萨哈廉、后金正红旗牛录额真：爱新觉罗·瓦克达，等部发动第一波冲击明军北面防御，被明军火器重创，但也得知北面明军兵力薄弱。

同时后金天聪汗又下令发动第二波冲锋，攻打东面明军城防，使得宁远卫城内的大明关宁铁骑不得不出城，与后金军应战，以减少四面围城的压力。

而后金天聪汗则亲率后金镶蓝旗和硕贝勒与诸将、侍卫、护军等人朝明军反击，但是诸贝勒们来不及披甲戴胄，只得仓促出战，因此被明山海卫总兵、明山海卫副总兵率军迎战，短兵相接，互有死伤。

明军城上城下互相配合，炮火、箭矢齐发，导致后金天聪汗的中军大帐都被炸毁了，还把后金镶蓝旗和硕贝勒等将领打成重伤，此番冲击后金军死伤累累，仍未到达宁远卫护城河半步。

5月29日，后金天聪汗当即就率军撤离宁远卫北返退向广宁中屯卫围攻，但又遭到了明军红衣大炮和其他火器的还击，打得后金军伤亡数千人。