马世龙误信降人降将刘伯漒，派鲁之甲、李承先袭取耀州，中计身死，损失四百余人，是为柳河之役。魏忠贤党羽趁机弹劾马世龙和孙承宗，孙承宗强烈请求辞官，熹宗同意孙承宗辞官，并给孙承宗加特进光禄大夫，儿子世袭中书舍人，又赏赐蟒服、银币等，并派人保护孙承宗回家，而让兵部尚书高第为辽东经略。没过多久，喻安性也罢官，熹宗于是不再设立巡抚。

高第上任后，将两百里守兵全部撤回，退守山海关，而努尔哈赤得知孙承宗辞职后，率军大举进攻。袁崇焕抗拒高第的命令，不肯撤出宁远城，与满桂、祖大寿等依靠昔日与孙承宗做的军事准备将后金军击退，取得宁远大捷。而高第却试图以宁远被围，关门兵只有五万的理由来弹劾孙承宗，孙承宗告诉户部说：“高第到山海关时领了十一万七千人的军饷，现在只给五万人的军饷就可以了。”于是高第以妄言被治罪，魏忠贤也想陷害孙承宗，但也失败。

孙承宗督师辽东四年，前后修复九座大城，四十五座堡垒，招练兵马十一万，建立十二个车营、五个水营、两个火器营，八个前锋后劲营，制造甲胄、军用器械、弓矢、炮石等打仗用的装备有几百万，开疆扩土四百里，屯田五千顷，年收入十五万。熹宗记孙承宗大功，让他的儿子世袭锦衣卫千户。

朱由校驾崩，其弟明思宗朱由检即位，王在晋得以入朝为兵部尚书。王在晋对孙承宗痛恨不已，坚持说马世龙和茅元仪迷惑中枢，败坏了边关事，又唆使谏官等交口诋毁孙承宗，来阻止他出来做官，极力诋毁孙承宗以及马世龙，阻拦孙承宗的出仕。

后金大举进攻，从大安口直取遵化，快要直逼都城，朝中大臣奏请朱由检应该召来孙承宗。于是，朱由检下诏仍以孙承宗原来的官职兼任兵部尚书去驻守通州，孙承宗入宫后，朱由检在平台召见，问孙承宗的退敌策略，孙承宗说：“我听说袁崇焕驻守蓟州，满桂驻守顺义，侯世禄驻守三河，这是防守的好策略。但又听说尤世威回昌平，侯世禄驻守通州，有些不合时宜。”朱由检问：“你打算守三河是什么意思？”孙承宗说：“守三河可以阻止敌人西奔，遏制敌人南下。”朱由检觉得孙承宗的计策很好，又问：“那又要怎么保卫京都。”孙承宗说：“在危急的时刻，不能让守城人忍受饥饿寒冷，整备好军备，犒劳将士们，巩固人心。”

孙承宗的计策朱由检都觉得很好，对孙承宗说：“你可以不去通州，就在京城总督内外军务，运筹帷幄。”于是，孙承宗让首辅韩爌修筑关防，又亲自到都城各处巡防，第二天半夜，朱由检突然传旨让孙承宗去守通州。孙承宗领二十七名骑兵出东便门，直奔通州，与保定巡抚解经传、御史方大任、总兵杨国栋固守通州。不久之后，后金军绕道直逼京都，孙承宗派遣尤岱率领三千骑兵支援，派遣刘国柱率领二千兵马与尤岱回合，调三千密云兵驻守东直门，五千保定兵驻守广宁门，又派人收复马兰、三屯二城。

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袁崇焕因一系列罪行被下狱，将领祖大寿在城外与后金军作战时，被自家军队用炮石砸击，祖大寿进退两难，与副将何可纲率领五千人往东溃走。孙承宗得知后，急忙派遣贾登科带着自己的书信去抚慰祖大寿，又派石柱国抚慰其它将士，祖大寿却不为所动。但孙承宗也认为袁崇焕有罪，但仍然上书朱由检，力保祖大寿，说祖大寿不会真的反叛。孙承宗又派人让祖大寿上奏章说明自己为什么往东溃逃，祖大寿于是向皇帝朱由检上书，朱由检非常高兴，不怪罪祖大寿。而辽东将士大多马世龙部曲，朱由检命孙承宗移镇关门，溃逃的将领听闻孙承宗与马世龙到来，才安心回归。

后金占据遵化、永平、迁安，又分兵攻取抚宁，抚宁是祖可法在守，后金军攻取不下，又转攻山海关，又攻不下，后金军又攻抚宁及昌黎，可还是攻不下。而孙承宗抚慰溃军，祖大寿等重归于麾下，又有马世龙及四方援军，孙承宗又招募大量死士沿海守卫直达京师。

京都戒严后，全国各地来勤王的士兵多达二十万，在蓟门及京畿一带驻扎，马世龙建议孙承宗先收复遵化，但孙承宗认为遵化在北，容易攻取却很难守，不如收复滦州。计划好后，孙承宗令东西各营一起进兵，祖大寿、尤世禄等攻克滦州，王维城等攻克迁安，孙承宗占据永平，谢尚政攻克遵化，后金军溃败而走。皇帝朱由检加封孙承宗为太傅，再赐蟒服、金币等，子孙世袭锦衣卫指挥佥事。

孙承宗巡视松山、锦州等，上书朱由检关内外政事，朱由检全部采纳，又加孙承宗太傅，兼领尚书的封路，子孙世袭尚宝司丞，又赏赐蟒服钱币等。因先前高第尽撤宁锦防线，右屯、大凌河等城被毁，孙承宗派人对其进行重新修筑，后金军却突然来围攻，孙承宗赶赴锦州，派遣吴襄、宋伟前往救援，而辽东巡抚邱禾嘉多次改变出师的日期，导致吴襄、宋伟在长山被后金军打败。祖大寿投降，大凌河刚被修好就被损毁，朝中大臣于是责怪孙承宗修复旧城导致失败，丧师辱国，孙承宗以病请辞，而后回家乡高阳居住。

清军大举进攻，进攻高阳，赋闲在家的孙承宗率全城军民守城，城破被擒，自缢而死，他的五个儿子，六个孙子，两个侄子，八个侄孙战死，孙家百余人遇难，孙承宗时年七十六岁，朱由检闻讯后哀伤悲叹，命有关官员从优抚恤。