袁崇焕接着说几件毛文龙违法做的事，毛文龙与其争辩，袁崇焕厉声斥责毛文龙，下令将毛文龙的冠服去除并捆绑起来，毛文龙表示不服，袁崇焕于是列数毛文龙的十二条罪状，拿出尚方宝剑，将毛文龙斩杀。[32]
袁崇焕杀了毛文龙之后，害怕他的部下叛变，于是增加他们的饷银，但是岛上的人没有主帅，人心背离，难以使用，而后会导致叛离。袁崇焕上书给明廷：“东江镇是牵制敌人所必须依托的。现确定两协的编制，马军十营，步军五营，每年饷银四十二万，米十三万六千。”皇帝朱由检对兵员减少军饷却增加的事情感到疑虑，但是一看是袁崇焕奏请的，也就答应了他。[33]
己巳之变
崇祯二年（1629年）十一月，后金主皇太极举兵数十万分别进入龙井关、大安口，袁崇焕听闻后率领祖大寿、何可刚入关守卫，所经过的蓟州、抚宁、永平、迁安、丰润、玉田各城，都分兵留守。皇帝朱由检得知后非常高兴，下令嘉奖袁崇焕的部下，并让袁崇焕统领指挥各地援军。[34]
但不久之后，遵化、三屯营都被后金军攻破，赵率教也在遵化战役中中流矢阵亡，[35] 巡抚王元雅、总兵朱国彦自尽而死。后金军越过蓟州往西，直逼京城，袁崇焕忙率兵护卫京师。朱由检召见袁崇焕，赏赐御用酒菜及貂裘慰劳袁崇焕，袁崇焕以兵马长途奔波，疲惫不已，请求入城休整，但遭到拒绝。于是袁崇焕驻军城外，与后金军鏖战，互有胜负。[36] 袁崇焕令戴承恩在广渠门列阵，祖大寿于南面列阵，王承胤在西北列阵，袁崇焕在西面列阵以备战，中午时刻，清骑兵从东南面进攻，祖大寿率兵奋力接战，而王承胤却拔阵向南避战。后金军力战祖大寿不下，于是撤退，明将刘应国、罗景荣等人率兵进行追击，杀伤后金军千余人，而明军死伤也很多。收兵后，朱由检用酒食犒赏军队。[37] 袁崇焕有派遣任守忠率领五百人用火炮轰打金营，后金军撤退，京都之威遂解。[38]
下狱处死
但后金军退兵后，袁崇焕却被治罪。当初后金军进入的关口是属于蓟辽总理刘策所管辖，而袁崇焕得知后金军入关，直逼京城，于是千里迢迢赶来救援，自认为有功无罪，但是朝中大臣却有很多人认为是袁崇焕放清兵入关，于是纷纷诽谤袁崇焕与后金军有勾结，朱由检对此也很怀疑。此时后金军也设计离间，说袁崇焕与后金军有秘密约定。十二月，朱由检将袁崇焕下狱。[39]
魏忠贤遗党王永光、高捷、袁弘勋、史褷等人想趁机给魏忠贤报仇，以擅自与后金军议和、擅杀毛文龙两条罪名定袁崇焕死罪，崇祯三年（1630年）八月，袁崇焕被凌迟处死，家人被流徙三千里，并抄没家产。