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。
加之夏季中暑得病，后金军中大量减员，且后金天聪汗鉴于围攻宁远卫、广宁中屯卫24日，依然取胜无望，遂下令撤军返回汗庭盛京城。
6月初5日子时，后金天聪汗开始召集围攻广宁中屯卫的兵马撤军，在经过小凌河驿、广宁中左守御千户所（大凌河堡）时，下令拆毁了明军的工事毁坏城墙，然后背负辱名之痛东去，于6月12日回到盛京城。
大明方面取胜，【明实录】史称〈宁广大捷〉，满清入关之后修编【明史】记载则称为［宁锦大捷］。
6月21日，漠南蒙古敖汉部背叛了漠南蒙古察哈尔部胡图克图汗：孛儿只斤·林丹汗巴图尔（虎墩兔），前来归附后金汗国，并与后金天聪汗订立盟誓。
这使得漠南蒙古察哈尔部胡图克图汗的地位一落千丈，他随即离开辽河套地区，踏上了西迁之路。
然而关于他西迁的原因，有以下几个；首先是因为他在漠南蒙古左翼诸部当中已经众叛亲离，再加上后金汗国兵锋正盛，被迫选择西迁是避其锋芒之举，其次就是利用漠南蒙古右翼力量薄弱之机，趁机兼并诸部，以恢复蒙古大汗的共主地位。
第三则是当时的漠南蒙古察哈尔部与大明帝国贸易的据点广宁卫地区已经失陷，城池早已化为灰烬破烂不堪，因此漠南蒙古察哈尔部胡图克图汗就想通过兼并漠南蒙古右翼诸部，以达到将大明赏赐给漠南蒙古右翼诸部的丰厚市赏据为己有。