主动发内帑犒赏将士，令袁崇焕统率各路军马。袁崇焕令祖大寿作先锋，自己居中调停，赴援京师。
此时，京城人心惶惶，谣言恣肆。有流言蜚语说袁崇焕私通后金，因和议不成，引导金兵攻入北京，以胁迫朝廷同意和议，制定盟约。崇祯帝从战争刚开始虽有些狐疑，对这些流言也有所耳闻。说袁崇焕私通后金，也并非空穴来风：他擅杀毛文龙，目的是为后金除去心腹大患；他与后金和谈，名义上是缓兵之计，但更可能是暗中议降；后金绕道蒙古入侵，也有人说是袁崇焕给他们出的主意，否则袁身为督师，如何不能预知敌军这么大的行动？但在非常时期，形势尚不明朗的情况下，只能静观事变。崇祯传信袁崇焕应驻守蓟州，不可轻举妄动，随意调拨军队。当然，信的口气很是委婉。
不料，皇太极攻陷遵化后，并没有象袁崇焕预计的那样强攻蓟州，而是象征性地打了一仗就迅速向西挺进，进逼京师，连陷玉田、香河、顺义等县，推进到通州北20里处扎营，分兵向居庸关、天津、密云推进，形势更加严峻。
袁崇焕弄清了后金兵的意图，不顾崇祯的旨意，立即率兵火速救援京师，于十五日赶到通州附近的河西务。副总兵周文郁提醒他暂时驻扎，不要再往前开进，视情再作决定。但袁崇焕心急如焚，不予理睬，翌日率9000兵马抄小路抵广渠门外。同时，大同总兵满桂、宣府总兵侯世禄率援军也赶到德胜门外驻扎。此外，孙承宗在通州驻屯，北京城内的兵士由新任兵部尚书李邦华、右侍郎刘之纶统率。
当时天气已是仲冬，士兵露宿京城郊外，冻馁交加，袁崇焕严肃军纪，不准士兵进入民家。有一个士兵实在难忍饥寒，去附近民家拿了一块饼，就被袁崇焕枭首示众。
二十日，后金军兵临北京城下，在城关之东扎营兵分三路，开始攻城。北京保卫战正式拉开序幕。有名的几次战役主要在德胜门、广渠门、左安门和永定门进行。
德胜门有大同总兵满桂、宣府总兵侯世禄把守。崇祯帝召见满桂并赐其玉带，封东平侯。二十日，皇太极亲率贝勒代善、济尔哈朗、岳托等攻打德胜门。双方厮杀激烈，侯部不久即溃，满桂率军独战，城上明军发炮支援，却打中满桂军，死伤惨重。满桂受伤兵败，进入德胜门瓮城暂驻。
功到雄奇即罪名：袁崇焕案 袁崇焕案 五
与此同时，皇太极派贝勒莽古尔泰、阿济格、多尔衮、多铎等率数万骑兵直扑广渠门。袁崇焕、祖大寿率9000骑兵迎战。后金兵分六路，气势磅礴，袁崇焕率将士奋力鏖战，从上午打到下午，激战8小时，转战十余里。袁崇焕横刀立马，冲锋陷阵，身上中箭无数，“两肋如猬，赖有重甲不透”，仍奋不顾身。后金兵最后失利撤退。袁军乘胜追击，取得了广渠门大捷。皇太极闻讯叹息：“十五年来，未尝有此劲敌也！”崇祯帝见击溃敌军，一再催促袁军出战。作为京师护卫统率，袁崇焕深知此时敌我形势，自己从千里之外赶来，以劳敌逸，已犯大忌，此时又经一战兵困马乏，不宜追杀，就以等待大部援军为由推脱。崇祯帝自然不满，疑云更重。
遭此一击，皇太极气焰稍敛，暂缓进攻。二十二日，他提出议和，崇祯没有回应。二十三日，崇祯在平台召见袁崇焕、满桂等将帅，鼓励他们为国效死，并给予赏赐。袁崇焕以士兵饥寒疲怠请进城稍事休整，崇祯帝面露难色，默不做声。两天后，袁崇焕以满桂兵可以驻扎外城休整为由再次提出带兵入城，并请辅臣入援，崇祯仍然拒绝。
此时，崇祯对袁崇焕的疑心已经很重，城中流传的袁崇焕勾结后金、逼订和议的谣言越来越逼真：袁崇焕把大军放在蓟州，敌军却只用200人，声东击西，双方交战如同儿戏；朝廷命袁不要过蓟州，他却置之不顾，一直移师到京城下，现在更得寸进尺要入城；倘入城后，与满兵内外夹击，明朝必然顷刻颠覆。这些都让群臣和百姓生疑，而生性善疑的崇祯更是疑窦丛生。
二十七日，皇太极见进攻广渠门失利，转攻左安门，袁崇焕、祖大寿急奔赴守，经过一天厮杀，后金兵败退到京郊的南海子。城外的战事暂时进入胶着状态，皇太极在蛮攻的同时，也用起心计分析当时的形势。这时，投降后金的汉人范文程献出了反间计。
范文程（1597～1666），字宪斗，号辉岳。他是宋朝宰相范仲淹的第17代孙。明初自江西谪沈阳，遂为沈阳人，居抚顺。1618年，努尔哈赤率八旗兵攻陷抚顺城，范文程和他的哥哥范文寀主动前往投奔。其后，辅佐努尔哈赤、皇太极、顺治、康熙四朝，为清初文臣之首。范文程病逝时，康熙帝亲笔题写了“元辅高风”四个大字，以表彰他辅佐大清的卓越功勋。此次悍然进攻北京，皇太极就是听从了他的意见。此时范文程见皇太极无计可施，想出了一个计策，窃窃私语说：“昔汉王用陈平之计，间楚君臣，使项羽卒疑范增而去楚，今独不可踵其故，智乎？”皇太极一听大喜，败退途中派人俘虏了两名太监。
两位被捉的太监一名杨春，一名王成德，职任马房提督。皇太极将他们关押起来，说要杀了他们，同时让副将高鸿中、参将鲍承先、巴克等五人监守。二十九日，高、鲍等人来到羁押两名太监的处所，乘他们似睡未睡之机，大声“耳语”，一唱一和，说“袁督师既与皇太极密约，大事定成”、“袁督师既许献城，则此辈皆吾臣子，不必杀也”云云。翌日，他们故意疏忽，放走两名太监。两个太监仓惶逃到京城，密奏崇祯所闻，崇祯点头会意。一出皇太极版的蒋干盗书上演得天衣无缝。
功到雄奇即罪名：袁崇焕案 袁崇焕案 六
十二月初一日，崇祯以议饷为名再次召袁崇焕、祖大寿、满桂等进宫。君臣寒暄几句，崇祯忽然脸色阴沉地质问袁崇焕：缘何杀毛文龙？缘何逗留观战，贻误战机？袁崇焕毫无准备，懵然伫立一会，立即跪下叩头，请皇上慎重明察。崇祯帝见他下跪，认为是心虚默认，下令侍卫将其捆绑逮捕，囚进诏狱。阁臣成基命见此，极力劝解：“兵临城下，非他时比！”敌兵压城而逮捕总帅是兵家大忌，自古罕闻。可崇祯对此无动于衷，说袁崇焕谋叛，只罪其一人，与众将卒没有干系，并宣布由满桂代统袁崇焕各路兵马，祖大寿、马世龙分统辽东军队。
同来的祖大寿惊骇万分。盛怒之下，不辞而别，统率辽东军往辽东开拔。祖大寿与赵率教是袁崇焕手下的两员大将，也是袁崇焕的密友，袁崇焕还救过祖大寿的命。现在袁帅无辜被逮，不只祖大寿绝难接受，袁部兵将也痛哭失声，表示愿撤回辽东。祖大寿遂不顾京师安危，走了一步险棋。辽东军训练有素，又常经战争磨砺，都是精锐部队。这一撤不仅带走了守卫京师的主力，引起其他援军的骚动，更兼祖大寿怒不可遏，极可能叛降后金。崇祯见事出意外，急忙一面颁旨公布袁崇焕罪行，褒扬祖大寿的功勋，一面请出昔日辽东经略孙承宗去和祖大寿说情，劝他息怒回返。祖大寿对孙承宗派去的人概不接见。
崇祯一时无计可施，阁臣成基命献策，请袁崇焕致书祖大寿，以袁、祖之间的私情说服祖大寿。崇祯忙派内阁全体大学士和九卿到狱中央请。袁崇焕开始坚决拒绝，后兵部职方郎中余大成劝其应“以国家为重”，袁崇焕方才含泪写信。
此时祖大寿已经带兵退回山海关外，遇到从宁远赴援的袁部主力部队。他们得悉主帅被逮，也掉头回返。驿使飞驰赶来，递上袁信，祖大寿读罢，痛哭失声，全军皆恸。祖大寿八十岁的老母亲力劝祖大寿返回勤王立功以赎救袁帅。祖大寿遂下令回师入关，并向皇上请罪。崇祯自然赦免，并予赏赐。
皇太极得知袁崇焕下狱，欣喜万分，挥师南下固安、卢沟桥等地，乘胜逼近永定门。总兵满桂、副将孙祖寿带兵防御，自知不敌，想固守待机。崇祯严令出师迎敌，满桂只得出城布阵。血战一夜，满桂、孙祖寿等30余大将皆战死，明军大败。后金军欲乘胜攻陷京师，皇太极认为明代“疆域尚强，非旦夕可溃者，取之易，守之难，不若简兵练旅，以待天命”，就致书崇祯，重申议和的愿望。崇祯此时仍自视为“中兴之君”，誓不议和，断然拒绝。但袁崇焕被系，满桂既死，士无统帅，孙承宗、祖大寿分统东西两路，连接不上，难以形成攻势，崇祯也只能徒叹奈何。
次年三月初，皇太极在关中转战半年，开始有计划地撤退。他从冷口出长城经蒙古而后回沈阳。撤退时，又令部下对所经城镇抢劫屠杀，造成几座空城。五月初，后金军全部撤回长城以北，北京保卫战结束。此时，如何处置袁崇焕就提上了议事日程。
崇祯即位之初惩办魏忠贤阉党的案子是由阁臣钱龙锡办理的。当时御史高捷、史塟也名列阉党，其后以贿赂得免。后来，高捷、史塟得到吏部尚书王永光的推荐，遭到钱龙锡的阻挠。三人怀恨在心，得知袁崇焕与钱龙锡关系密切，就想借袁崇焕打击钱龙锡。在袁崇焕下狱的第五天，高捷和史塟就攻击钱龙锡，说其与袁崇焕相互勾结，杀死毛文龙，引敌入侵，是幕后人物，最后钱龙锡也被判死罪。
其后，另一阉党余孽周延儒任吏部尚书后，阉党势力大增。当时，具有东林色彩的除袁崇焕的座师韩爌外，还有钱龙锡、成基命、孙承宗和李标等。而阉党与东林党的斗争集中在袁崇焕身上。不久，温体仁取代周延儒成为内阁首辅。他与毛文龙是同乡，对袁崇焕极为痛恨。因温体仁行事不端，常常受到大臣攻击，他就向崇祯标榜自己是“孤臣”，不依附任何党派。对党争深恶痛绝的崇祯认为温体仁是中立派，对其言听计从。温体仁先后五次上疏，请求崇祯杀袁崇焕，以排挤韩爌和孙承宗等。他更联合阉党余孽，试图借袁崇焕案发动一个“新逆案”，把东林余党一网打尽，就罗织了袁崇焕的不少罪名，如假领军饷、恃功谋叛、自立为王、勾结后金、和谈通敌等等。
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兵部尚书梁廷栋曾与袁崇焕共事辽东，两人因性格不和，发生了一些矛盾。梁廷栋一直怀恨在心，此时他上疏请立斩袁崇焕，认为袁崇焕一死，“则逆奴之谋既诎，辽人之心亦安”。
而当时的京城百姓承平日久，受到此次惊吓，听信了袁崇焕勾结敌军的谣言，对袁崇焕恨之入骨，请求将卖国贼千刀万剐的呼声前所未有的高涨。这些都令崇祯逐渐坚定了诛杀袁崇焕的决心。当然，袁崇焕的屡次触犯龙威让崇祯帝如坐针毡，这才是崇祯下定决心除去袁崇焕的根本原因。平素最恨党派争斗的崇祯发现了阉党的阴谋和两党之争，一时大怒，下令限五天之内了结袁案。
袁崇焕蒙冤下狱时，不少大臣都为之呼冤。崇祯在平台下令逮捕袁崇焕时，70岁的礼部尚书成基命也在场，当即跪下叩头请皇上慎重，无奈崇祯坚持己见。孙承宗、祖大寿、王来光等等都上疏鸣冤。袁崇焕的一个部将何之璧带全家40余口申请，愿以全家入狱顶替袁崇焕。兵部职方郎中余大成上《剖肝录》极力为袁崇焕辩白。而平民百姓程本直与袁崇焕素昧平生，只因对其钦佩便拜其为师。此时，他写了一篇《漩声记》为袁崇焕辩冤，其中说：“举世皆巧人，而袁公一大痴汉也。唯其痴，故举世最爱者钱，袁公不知爱也；唯其痴，故举世最惜者死，袁公不知惜也。于是乎举世所不敢任之劳怨，袁公直任之而弗辞也；于是乎举世所不得不避之嫌疑，袁公直不避之而独行也。而且举世所不能耐之饥寒，袁公直耐之以为士卒先也；而且举世所不肯破之体貌，袁公力破之以与诸将吏推心而置腹也。……予谓掀翻两直隶，踏遍一十三省，求其浑身担荷，彻里承当如袁公者，正恐不可再得也。”他申请与袁帅同死，并说：“予非为私情死，不过为公义死尔。愿死之后，有好事者瘗其骨于袁公墓侧，题其上曰‘一对痴心人，两条泼胆汉’，则目瞑九泉矣。”崇祯帝成全了他，将他投入狱中，最后杀害。
主持袁崇焕案会审的，正是与袁有嫌隙的梁廷栋。他正好公报私仇，拟将袁崇焕夷三族，即要将犯人家族、母亲家族、配偶家族满门抄斩。兵部郎中余大成一直为袁喊冤，此时去威吓上司说：“袁崇焕并非真的有罪，只不过清兵围城，皇上震怒。我在兵部做郎中，已换了六位尚书，亲眼见到没一个尚书有好下场。你做兵部尚书，怎能保得定今后清兵不再来犯？今日诛灭袁崇焕三族，形成先例，清兵若是再来，您的尚书位子也要当心啊。”梁廷栋果真害怕，不敢独断，于是和温体仁商议设法减轻处刑，改为袁崇焕凌迟，家属充军。
崇祯三年（1630年）八月十六日，崇祯帝在平台召见大臣，宣布对袁崇焕的处置意见：“以袁崇焕托付不效，谋叛欺君，结奸蠹国。斩帅以践虏约，市米以资盗粮，既用东酋，阳导入犯，复散援师，明拟长驱。及戎马在郊，顿兵观望，暗藏夷使，坚请入城，致庙社震惊，生灵涂炭，神人共忿，重辟何辞。其家属本当依律正法，姑赦不论，妻子流二千里，安置福建，财产尽没入官。”
当天，由刑部侍郎涂国鼎任监斩官，将袁崇焕押往西市执行磔刑。他的罪名是“通虏谋叛”、“擅主和议”、“专戮大帅”，京城百姓对袁崇焕这个私通夷狄、引敌入京的最高军事指挥官恨得咬牙切齿，欲啖肉饮血而后快。刑场上人山人海，呼声震天，百姓齐声咒骂袁崇焕“奸贼”、“叛徒”。刽子手刚割下鲜血淋漓的肉就被蜂拥而上的群众抢去，或者以一文钱一块的价格买去，到手后就塞进嘴里大嚼特嚼，咽进肚里。刽子手剖开袁崇焕的胸膛，取出肠胃，发疯的群众互相撕扯，抢得一段就生吞下去。时人张岱在他的著作中描绘袁崇焕被杀的情形：“刽子手割一块肉，百姓付钱，取之生食。顷间肉已沽清。再开膛出五脏，截寸而沽。百姓买得，和烧酒生吞，血流齿颊。”计六奇在《明季北略》中则写到：袁崇焕皮骨已尽，“心肺之间，叫声不绝，半日而止。”真是惨不忍睹。
功到雄奇即罪名：袁崇焕案 袁崇焕案 六
袁崇焕眼睁睁地看着自己倾注全部心血保卫的百姓在解恨地啖食自己的肉体，热泪横流。肉体的惨痛可以忍受，心中的惨痛却让他难以忍受。相传袁崇焕在临刑前还口占了一首诗：
一生事业总成空，
半世功名在梦中。
死后不愁无勇将，
忠魂依旧守辽东。
岁的袁崇焕被执行死刑后，朝廷搜查其家，“崇焕无子，家亦无余赀”，其70多岁的老母、弟弟、妻子、4岁的女儿流放到2000里之外的福建。
袁崇焕的皮肉被削得一干二净，也被百姓吞食殆尽，只剩下骸骨弃在地上，也被人用砖头砸碎。他的头颅被挂在城头的旗杆上，准备像熊廷弼的脑袋一样传首九边。他的一个姓佘的部下冒着诛灭九族的危险晚上取下其头颅，埋葬于广渠门内。这位姓佘的义士此后辞官守墓，并嘱咐子孙世代为袁督师守墓，不许读书做官。370多年来，袁崇焕墓屡毁屡建，佘家后代一直守墓。现在的守墓人是佘义士的第17代孙、60多岁的老人佘幼芝女士。她接受媒体采访时说：“守墓不为别的，只为‘忠义’两字。”
袁崇焕死后