多数士兵是被迫掳掠去剃发的汉人，这些人都盼望能逃脱归来。若不分青红皂白，一律杀以报功，必然断绝了他们的“归正之路”，坚定了他们“从贼”的决心，使后金的势力越来越壮大，他主张勿杀降俘，从政治上瓦解敌军。
召见结束后，崇祯皇帝下令让徐光启参与负责守城领导事务。在那些紧张的日日夜夜，徐光启以69岁的高龄奔走在操场上，城楼里，他一面抓守城士兵的训练，一面监制火炮和分配火药。
1630年（崇祯三年）初，皇太极率军进攻德胜门，徐光启指挥守城士兵向敌军开炮，炮弹准确落在敌群中，顿时火光冲天，震天动地，硝烟弥漫，敌兵死伤不少。皇太极知道京城百备，唯恐久攻不利，只好转到涿州、良乡一带骚扰。
正在这时，徐光启前几年购置的西洋大炮，已运至涿州。听说北京已被
后金军队包围，便停留下来，就地参加涿州城的保卫战。敌军临近涿州，探听到涿州城配备有西洋大炮，便匆忙退兵长城以外，京城解危。徐光启因守城有功，升任为礼部尚书兼翰林院学士，接着又由正二品升为从一品。
为了提防敌人的再度进犯，有备无患，徐光启建议尽快制造西洋大炮，
得到了崇祯皇帝的支持。除此之外，他还上疏，阐述了建设一支用西洋火炮、火枪武装起来的精锐火器营的设想。具体规划是15个营，60000人。其中每一营4000人，配备120辆双轮车，120辆炮车，60辆粮车，共计300辆。还有西洋火炮10门，中炮80门，鹰铳100门，鸟铳1200门。建议以登莱巡抚孙元化的部队作为精锐火器营的基本力量。孙元化，是嘉定县人，徐光启的学生，又是他的儿子徐骥的亲家，精通西洋炮法，曾协助袁崇焕筑台制炮，抵抗后金军。孙元化的手下，还有一批经过训练，善于使用西方火器的枪炮手。徐光启将希望寄托在这支部队上。
不料，就在徐光启展示他宏伟的军事计划时，发生了“吴桥兵变”，使徐光启建立精锐火器营的宏