天启七年（1627年）八月二十二日，明熹宗朱由校驾崩，其弟朱由检即帝位。
朝臣乘机，对作恶多端的魏忠贤及其党羽群起而攻。崇祯这位主观上很想有所作为的明朝末代皇帝，十一月诛杀了恶贯满盈的阉党罪魁魏忠贤及其主要党羽。同时，“廷臣争召袁崇焕。其年十一月，擢右都御史，视兵部，添注左侍郎事”。崇祯元年（1628年）三月，罢王之臣。四月，崇祯任命袁崇焕为兵部尚书兼右副都御史督师蓟辽，兼管河北、山东的军事防务。袁崇焕连疏请辞，未被批准。
七月，袁崇焕进京受命，向思宗面陈方略。他周密地估量了敌我态势的发展，曾向思宗说：“臣受陛下特眷，愿假以便宜，计五年全辽可复。”提出了复辽的宏伟计划。为此，以以往弊政为鉴，进一步奏明实现复辽大事，须以通力合作为前提，恐怕政府部门不能和他密切配合，甚至从中阻挠破坏，所以特别提出要求：“五年之内，户部转军饷，工部给器械，吏部用人，兵部调兵选将，须中外事事相应，方克有济。”鉴于“熊廷弼、孙承宗，皆为人排拘，不得其志”的历史教训，袁崇焕精密地预计了前途可畏，面对皇帝，力陈衷言：“以臣之力，制全辽有余，调众口不足。一出国门，便成万里；忌能妒功，夫岂无人？即不以权力掣臣肘，亦能以意见乱臣谋。”思宗听了，感动地站了起来，安慰说：“卿无疑虑，朕自有主持。”并且通知四部主管官员，要求他们保证袁崇焕的要求能够实现，接着，“收还（王）之臣、（满）桂尚方剑，以赐崇焕，假之便宜”，给了他先斩后奏的大权。心怀知遇之恩的袁崇焕，为慎重起见，又进一步明确提出了自己的主张，请求皇帝正式批准，以便取得合法地位，能够顺利地按照计划执行，毫无疑虑地把辽事方略和可能出现的危难、苦衷，无疑地陈于明君：“恢复疆土大计，不外乎我过去以辽人守辽土，以辽土养辽人；守为正著，战为奇著，和为旁著的说法。法在渐不在骤，在实不在虚。这些，我与手下众将士是可以做到的。至于用人之人与为人用之人，都至尊司其个人职责范围，何以任而勿二、信而不疑？驾驭边臣与朝臣不同：军队中可惊可疑的事情很多；只应当谈成败的大局，不应当摘一言、一行之微瑕！事任既重，为怨实多，诸有利于封疆者，皆不利于此身者也。况图敌之急，敌亦从而间之。是以为边臣，甚难！陛下爱臣、知臣，臣何必过疑！但，中有所危，不敢不告。”崇祯听了这位临行前的名将一席忠心、深沉、悲切、辛酸的由衷之言，当即“优诏答之，赐蟒、玉、银币。（崇焕）疏辞蟒、玉不受”奔赴辽东而去。重读300多年前的这番充满哲理和预见，“字字血，语语泪”的话语，结合行将扑来的际遇，在令人肃然起敬的同时，自然地付予无限的心酸。
在天启六年，袁崇焕已经上过奏疏，要求朝廷信任他。这一次又在刚即位的思宗面前再次提出重要的战略思想和相关问题：11 恢复失土，只能渐进，不能速取。21 用辽人守辽土，用辽土养辽人，解决兵饷两缺的问题，减轻国家财政负担，以利持久作战。31 贯彻“守为正著，战为奇著，和为旁著”的基本战略方针。所谓“守为正著，战为奇著”，就是一般的采取守势，有隙可乘时采取攻势。也就是在不利的情况下采取守势，等到敌我力量发生变化，或敌人有了弱点，再进行战略或战术上的进攻。所谓“和为旁著”，就是利用和平谈判作为军事行动的辅助，目的还是为了恢复全辽。41 在国君与边帅的关系上，希望国君只管成败的大局，不在细微末节上苛求，以建立国君与边帅的正常关系。51 信任边帅，防止敌人用间。袁崇焕之所以如是思量，当然是为了在战略问题上和朝廷统一认识，从而得到思宗与朝臣的了解和信任、配合与支持。因为几年来的事实告诉他，由于政治混乱，党争激烈，已经牺牲了熊廷弼，挤走了孙承宗，贻误了边疆防务，给敌人造成了有利的机会，自己在前些时候，也同样受到排挤。现在阉党虽然失败，但残余的阉党还没有肃清，他们还在等待机会进行活动。自己在被召回以后，一方面要同金人斗争，一方面还要同阉党的残余势力作斗争，而且越是勇猛克敌，越是受到敌人的仇视；越是奋迅立功，越是遭到反对的人的妒忌。如果边外的敌人利用朝臣的不团结，来进行离间，朝中的反对者又乘机进行攻击，那末自己的处境是极其危险的，很可能像熊廷弼那样无辜被杀。这一点，他是看得很清楚的。他后来果然死于敌人的反间和朝廷内部的党争，当时他几乎已经预料到了。从这里，我们可以看出他政治上的敏感性与预见性。
袁崇焕在取得中央支持后，于八月初抵达关外。当他听说了宁远饥兵哗变的事情以后，亲自飞驰至广宁，决定借此以整肃军队。他“斩知谋中军吴国琦”及“宥首恶杨正朝、张思顺，令搏十五人戮于市”；严厉斥责负有责任的参将彭簪右、都司左良玉等四人，奖励惟独“不从变”的都司程大乐及其所部。从而，化乱为治，化险为夷，“一方乃靖”。随即他又派兵加强了辽河沿线的守卫。
八月二十二日，后金进犯黄泥洼，袁崇焕派祖大寿把金兵击退。这次战役，明军斩首180级，获骡马120匹，取得了不小的战果。
袁崇焕初到关外，就努力贯彻五年平辽方略，着手统筹全局，整顿防务，厘定军制，建立统一的指挥系统。当时，关内外有好几个巡抚和总兵，事权不一，有指挥不灵之患。袁崇焕请合宁远、锦州二镇为一镇，派总兵祖大寿驻锦州；提升中军副将何可刚为都督佥事，和自己一起驻宁远；移蓟镇总兵赵率教驻山海关。关内外只设两总兵。又请停辽东、登莱巡抚，以减少层次。于此，统一了事权，使用了良材，这也增强了袁崇焕自己的信心。他满怀信心地说：“臣自期五年（复辽），专藉此三人！”
由于王之臣事辽期间，“以辽左屯政久坏（为由），改兵屯为民屯。未几，复弃锦州，退守宁远；加上皇太极对蒙古族施行笼络政策，致使锦州外围“向受（明朝）抚赏”的蒙古哈剌慎诸部动摇于金、明之间。崇祯元年，辽东“岁饥”，哈剌慎三十六家……有叛志”，加深了对宁远前线的威胁。袁崇焕到任后，亲自“诏诸部头人于边，亲抚慰，（众）皆听命”。从而孤立了后金，巩固了锦州防线。
崇祯二年（1629年）正月和闰四月，后金曾两次渡过辽河，作试探性的进攻，都被袁崇焕派兵击退。因为打退了进犯敌人，保卫了疆土，使“神京晏如”，袁崇焕受到了朝廷的奖励，晋升为太子太保。
袁崇焕在精减了内外的一些冗员以后，又进一步和赵率教、何可刚等商量整顿宁锦、天津、登莱……等镇的兵制。制定联防计划，以便协同动作，合力攻守。可是有一个长期盘踞在辽东沿海一带私与后金往来的都督毛文龙，不听指挥，无法整顿，这是亟待解决的问题。为了这件事，袁崇焕和朝中辅臣钱龙锡反复磋商。磋商的结果，认为“毛文龙可用则用之，不可用则去之”；并且商定：到了十分紧急的关头，只有用“入其军，斩其帅”的霹雳手段解决他。
出身“无赖”，“潦倒行者二十余年”的毛文龙原来是个都司。天启初年率兵援助朝鲜，后逗留辽东。曾乘虚袭击镇江，兵败后逃至皮岛。皮岛亦称东江，在辽宁南大海中。毛文龙在皮岛统治着由陆地逃来的军民，成为一个据地自雄的军阀。后来，他用钱财贿赂朝官，并拜魏忠贤为义父，扶摇直上，被提升为总兵，加左都督衔，得尚方宝剑，挂将军印，其防区是旅顺以东沿海一带。这里北靠后金，南接登莱，可牵制后金的后方，有着十分重要的战略地位。但毛文龙本人毫无将略，曾经多次被金兵打败。开镇八年，没有收复一城一地。平时冒领大量军费，克扣兵饷，朝廷派监司稽核，拒不接受。又杀降人难民冒功，劫掠商民，贩运违禁物品，以大量物资供应后金。还曾以索饷为名，公然带兵到登州，大肆抢掠。并且说过“牧马登州，取南京如反掌”的话。实际上他不但骄横跋扈，而且是一个野心极大的民族叛徒，曾准备反叛明朝投降后金。他在崇祯元年写信给皇太极，询问投降以后，可以得到什么待遇。又曾同皇太极约定：金取山海关，他取山东，夹攻明朝。事成之后，“我（毛自称）不分疆土，亦不属尔管辖”，想建立一个自己的独立王国。还曾向皇太极表示，要建立大功，归顺后金。虽然这些内幕，袁崇焕不可能完全了解，但是内外诸臣都认为毛文龙是国家大患，纷纷加以弹劾，只是因为他拥兵海外，鞭长莫及，朝廷对他无可奈何。
崇祯二年六月，袁崇焕为了整肃军纪，建立统一指挥系统，巩固前沿阵地，减轻国家军费负担，决意处置这个强横的军阀，作为实施平辽方略的第一步。就以阅兵为名，引诱毛文龙到旅顺西北、金州西南150里海中的双岛来会见，出其不意地把他处死了。
当袁崇焕在六月初一日与毛文龙相见时，本来还想争取他，同他商谈了好几天。对他说：“辽东海外，是我们两人负责，务必同心共济，才能成功。我现在有一个建议，不知你能否采纳？”毛文龙当即显出不高兴的神色，袁崇焕又说：“现今皇上圣明，我们应该勉力疆场。”毛文龙更加不快，只说熹宗怎样怎样对他好。袁崇焕问他平定辽东的方略怎样。他说宁远的兵马都没有用处，只要用他的部下二三千人伏在隐蔽处放一把火，就能把金兵赶跑。袁崇焕听了，很是诧异，接着又劝他改定营制，服从指挥，设立监司。毛文龙怫然不悦。袁崇焕见他不肯，就劝他回乡，说：“朝廷念你数年辛苦，该有人来接替你。”毛文龙傲慢地说：“这个地方谁接替得了！”袁崇焕见他执迷不悟，就没有再说下去。
六月初四日，袁崇焕发给毛文龙部下饷粮，又把带来的10万两银子交给毛文龙部下的官员收管。初五日又派人通知毛文龙：以后旅顺以东，用毛文龙印信，以西用督师印信。接着，袁崇焕传令部下兵士上山，比箭领赏。毛文龙来问袁崇焕何日动身，袁崇焕说：“宁远重地，不能久离，明天就去。现在请你略事盘桓，上山观射。”毛文龙答应了。这时，袁崇焕已命令部下在山上设置了帷幄，并且教参将谢尚政预先布置了伏兵。毛文龙来时，随从兵卒，一概不准进入帷内，只有随从官员100多人跟着。等毛文龙等上了山，谢尚政就暗传号令，把毛文龙及其随行官员围在帷内。
袁崇焕在山上问毛文龙随行官员姓名，都说是姓毛。毛文龙说：“这都是我的孙子。”袁崇焕说：“你们勤劳海外，每月只有一斛月米，言之痛心！希望你们为国家尽力，以后不愁无饷。”各官员都表示感谢。接着，袁崇焕就责问毛文龙为什么不肯改定军制，接受兵马钱粮的稽核。毛文龙还想狡辩，袁崇焕厉声说道：“我披肝沥胆，同你谈了几天，总希望你回头是岸。岂知你狼子野心，只想欺诳抗拒。目前皇上励精图治，国法岂能容你！”说罢，就叫人除去毛文龙的冠带，把他捆绑起来。毛文龙还很倔强。袁崇焕当时宣布毛文龙的十二条罪状：（一）专制一方，兵马钱粮不受稽核。（二）杀降人难民，冒取功劳。（三）曾说：“牧马登州，取南京如反掌”的话，大逆不道。（四）克扣军饷，侵盗军粮。（五）擅开马市于海岛，私通外蕃。（六）擅自委派高级军官，副将以下达1000余人。（七）剽掠商船，自为盗贼。（八）强娶民间女子，部下纷纷效尤，人民不得安居。（九）强迫难民到辽东窃取人参，不愿去的，就让他们饿死岛上，白骨如山。（十）运送金宝到北京，拜魏忠贤为义父，塑其冕旒像于岛中。（十一）铁山之败，丧军无数，掩败为功。（十二）开镇八年，不能恢复寸土，观望养敌。毛文龙听了以后，吓得丧魂落魄，而又无可争辩，只得叩头乞免。于是，袁崇焕对毛文龙的官员说：“毛文龙有这样大的罪恶，你们说该杀不该杀？我今天如果错杀了他，你们就上来杀我！”随从官员大都相顾惶然、恐惧失色，不敢作声。只有个别人说毛文龙数年辛苦，请求开恩免死。袁崇焕怒斥道：“毛文龙本来是一个布衣，现在官居一品，满门封荫，已足以抵偿，怎能容他这样悖逆！”说罢，袁崇焕就转向西方，朝着遥远的北京朝廷，一面叩头，一面说：“我现在杀毛文龙以整肃军纪。今后诸将中有像毛文龙这样的人，一律处死。我如果不能恢复失地，将来皇上也像我杀毛文龙这样杀我。”于是请下尚方宝剑，令水营都司赵一枝、何麟图为监斩官；令旗牌张国柄用尚方宝剑把毛文龙杀了。接着又向毛文龙的随从官员宣谕说：“今天只斩毛文龙一人，以安海外军民，其余无罪。我杀人的目的，原在安人。你们各人照旧工作，恢复本姓，为国效力，不必惊惧。”随即吩咐把毛文龙的尸体交给他的亲属备棺收殓。这时，毛文龙部下的健校悍卒，一方面因为袁崇焕的军队严整，无懈可击，不敢反抗；一方面又因为毛文龙平日虐待部下，不得人心，因此，谁也不愿意为他拼命。所以，在杀毛文龙的过程中，自始至终，没有发生什么变故。六月初六日，他前往毛文龙灵前“具牲醴拜奠”。说道：昨天斩你是因为朝廷的法律，今天来祭奠你，是因为同为阁僚好友，出于私下的交情。并为此而泪下。
杀了毛文龙以后，袁崇焕把毛文龙的部下218万人分为四部。交四将统率。又把部分水师改为马步军，一起加紧操练，准备同宁锦部队协同作战，以收“捣剿夹击”之效。同时他又晓谕安抚各岛，除去毛文龙一切虚政，释放无辜的狱中囚犯以及被掳掠来的商人几十名。
至此，经过一番整顿，宁锦等数镇合起来，共兵1513万有余，马811万有余，岁费经费
480余万，节省开支128万。达到了建立统一指挥系统，减少军费开支的目的。
毛文龙原来是一个贪虐跋扈的阉党分子，曾经有多方面的人揭发他的罪状，但因他拥兵海外，朝廷也拿他无计可施。袁崇焕用计把他除去，是为国家除去了一大隐患，为整顿边防扫清了障碍，为辽东沿海人民解除了桎梏，既表现了他机智勇敢的非凡才能，也表现了他敢作敢为、勇于负责的精神。但袁崇焕杀了毛文龙，就难免擅杀之罪，要受到思宗的怀疑和反对派的攻击；反过来，如果被毛文龙杀了，又会被说成咎由自取，死不足惜。况且他和毛文龙并没有私仇，如果不是忠诚谋国，岂肯甘冒这样的风险，干这样的傻事？但是袁崇焕并不考虑这些，并不因此谨慎保身，消极避嫌，还是毅然决然地为国家除害。当他杀毛文龙的时候，他的中军何可刚曾对他说：“生文龙，国不幸；用文龙，朝廷不幸；杀文龙，公不幸。”这一点他的心中是完全明白的。然而他宁可杀了毛文龙，然后向思宗请罪，等待处罚，却决不肯姑息养奸，为国家留下后患。可是后来他竟真的因此被怀疑，被攻击，乃至被杀害，这实在是莫大的冤屈。
但是，杀毛文龙时，毕竟因为时机紧迫，没有来得及请求思宗批准，也就没有经过合法的手续。这样，袁崇焕难免被人攻击，说他有擅杀之罪，也难免受到崇祯的怀疑。所以，他在杀了毛文龙之后，特地上疏说明原委，请求思宗追认。他在疏中说：“请旨而出海行诛，则陈汝明等（毛文龙的党羽）潜伺京师，机一泄而贻患无穷，非便也。欲执之还朝，叫文龙以无旨抗拒……深入其军，擒之可出乎……遇此无可如何之人，当此无可如何之际，惟有出其不意，擒而戮之，以请死于皇上。”这个说明；虽然暂时得到明政府的谅解，由思宗追认为其做法合法，说了“文龙通敌有迹，事关封疆安危，阃外原不中制，不必引咎”。等等的话，后又传谕天下，宣布毛文龙的罪状，以安袁崇焕的心。但是，在明朝那种专制主义极端严重的情况下，根本不可能建立正确的上下级关系，必然会发生君权与将权的矛盾。在一定条件下，这对矛盾还会激化起来。袁崇焕既然“冒天下之大不韪”，未经皇帝批准，擅自杀戮大将，在思宗看来，这就侵犯了他的神圣不可侵犯的君权。何况思宗又是一个刚愎自用、疑心颇重的人，当然心中不免有所怀疑，同时也定然在心中存在着不快。后来，阉党残余看透了思宗的这种心理，又乘机以此为攻击东林、企图翻案的借口，使朝廷内部的党争重新尖锐起来，于是埋下了袁崇焕后来冤死的祸根。
袁崇焕后来被杀与五年平辽的方略亦有一定的关系。关于平辽之说，据《国榷》记载，是思宗问袁崇焕：“建州何日可平？”袁回答说：“以五年为期。”这句话当时就引起许多议论：有人认为袁崇焕大言欺罔，料定他不能成功；有人认为他向来把事情看得简单，只是随口答应，并没有深思熟虑过此事。而后来阉党残余则抓住这句话，诬蔑他为了结束五年平辽之局，而引敌胁和，欲置之于死地（其实这话才说过一年，距离五年尚远）。袁崇焕久历边疆防务，当然有经过深思熟虑的方略。过去历次上书已言其梗概，此次被重新起用，更会认真考虑，甚至在陛下面前，他已经准备好回答思宗的问题。因此，他这么说，绝不是大言欺罔，也不是随口应答。如果按照他的方略行事，五年收复金辽，并不是没有可能（如果战略、战术对头，朝廷信用，将士用命，军民团结，形势的发展比预料的还快）。当然，由可能变为现实，还需要条件，要看敌我双方力量消长的情况。对于战争各个阶段的时间，在袁崇焕心中本有一个粗略的估算，而在魏忠贤伏诛之初，朝政一新，思宗又极像一个大有作为的君主，因而增强了袁崇焕的信念。他又是一个富于感情的人，很感激思宗对他的信任和拔擢。当他看到思宗殷切期望平定辽东时，就把心中的话倾吐出来，意在加以宽慰。及至给事中许誉卿问他五年平辽有无充分把握时，他才想起需要补充说明努尔哈赤经过四十多年的经营，已有相当的基础，要收拾这一局面，本来并不容易，但皇上殷切期望，自己怎么忍心诉说困难？五年之中，必须中外事事相应，乃能成功。并且指出“法在渐不在骤”，也就是说不可能速胜。但是在这一方面强调得还不够，在不懂军事而又性情急躁的皇帝心中没有留下必须持久作战的印象，这对以后事态的发展有很不利的影响。
