左辅率军民依托坚城，死战不退；祖大寿率军应援，铳炮齐发，药罐、雷石齐下，后金军死伤累累。
努尔哈赤命移兵攻城南，以楯车作掩护，在城门角两台间守御薄弱处凿开两丈见方的大洞四处，宁远城危如累卵。
袁崇焕在紧急关头，亲自担土搬石，堵塞缺口，血染战袍，仍镇定自若，督率军民缚柴浇油并掺火药，用铁索垂至城下燃烧；又选健丁五十名缒城，用棉花火药等物将抵近城下的后金战车尽行烧毁。
战至深夜，后金军攻城不破，于是收兵。
挫败金军
正月二十五日，努尔哈赤继续指挥攻城，命佟养性率军攻西门。
从早晨至晚上，双方激战一天。
明军于城上施放炮火，杀伤大量后金骑兵。
后金军畏惧炮火，不敢进城，其将领持刀驱兵，仅至城下而返，抢走尸体，运至城西门外砖窑焚化。
努尔哈赤无奈，下令退至离城五里之九龙宫扎营。
正月二十六日，后金继续围城，每一靠近就遭到明军炮轰。
精于骑射的八旗将士被阻于深沟高垒之前，矢石炮火之下，难以发挥骑战特长，伤亡甚重，被迫撤军。
确认后金撤退后，明军清理战场，捡到十余万支后金军的箭，又发现城墙上被后金军凿开的大小穴多达七十余个，城中硝黄库存亦耗尽，众人都为之庆幸。
战役后续
努尔哈赤攻宁远（今兴城市）不下，突袭觉华岛。
时值隆冬，海面冰封，无险可守，明将姚抚民等率领官兵凿开一道长达15里的冰濠，正月二十六日武讷格以骑兵进攻觉华岛，明军由于“凿冰寒苦，既无盔甲、兵械，又系水手，不能耐战，且以寡不敌众”，最后全员战死，金兵焚烧城中囤积粮料。
当时守将金冠刚死，其子金士麒与事丁800人至觉华岛迎榇，亦与后金军作战，全部被杀。
岛上军民14万余口都被后金军杀戮，粮草8万余石和船2000余艘都被焚烧，这座明朝关外的后勤基地也被后金军摧毁。
此时毛文龙出兵袭击后金后方永宁，努尔哈赤率兵回军，二月九日返回到沈阳。
此役兵败之后，努尔哈赤悒郁疽发，于1626年（明天启六年、后金天命十一年）八月十一病卒。
战役结果
此战，袁崇焕组织军民坚壁清野，协力共守，铲除奸细，凭坚城用大炮，配以火攻，杀伤后金军17万人，挫败了努尔哈赤夺占辽西和山海关的企图，是明军与后金军交战以来所取得的首次重大胜利。
明朝由“宁远被围，举国汹汹”，捷报传至京师时，“飞卒持红旗入城，阖都欢动”，京师士庶，空巷相庆，使明朝军民重新树立了战胜后金军的信心。
努尔哈赤对宁远的失败极不甘心，怒道：“何戆儿乃敢阻我兵力！”
袁崇焕曾派人给他送礼，并带话称：“老将横行天下久矣，今日见败于小子，岂其数耶？”
努尔哈赤答礼，并约期再战。但同年努尔哈赤就去世了。
其子皇太极“深蓄大仇，必欲甘心于袁”。
