到任后，整顿防务，委任祖大寿守锦州、何可纲守宁远、赵率教守山海关，对外联络明朝藩属哈剌慎朵颜三十六家（原朵颜卫），开市给赏，加以安抚。
崇祯二年（1629年）六月初五日，袁崇焕以先斩后奏的方式杀东江总兵毛文龙于双岛，接着上疏请罪。
朱由检起初得知毛文龙被杀，感到十分震惊，转而觉得毛文龙已死，不能复生，而对袁崇焕的“五年平辽”仍抱希望，所以非但不加责备，反而“优旨褒答”。
同年十月下旬，后金大汗皇太极在西征蒙古途中决定掉头攻打明朝，兵分三路突破大安口等处长城关隘，山海关总兵赵率教战死于遵化，袁崇焕率关宁军从宁远回防蓟州镇，亦堵截失败，后金军于十一月二十日兵临北京城下，是为己巳之变。
袁崇焕率军救援北京，在广渠门外与后金军激战，迫使后金军退却。
十一月二十三日，朱由检在平台召见袁崇焕、满桂、黑云龙等将领及兵部尚书申用懋等。
袁崇焕穿着青衣玄帽入宫，强调形势严峻，袁崇焕又请率兵入城，朱由检不许，赐给他貂裘和银盔甲后结束这次召见。
大约与此同时，温体仁已上密疏弹劾袁崇焕通敌 ，据说皇太极也使用了反间计，让被俘的明朝太监听到汉人将领鲍承先、高鸿中等谈论袁崇焕里通后金之事，然后放回北京。
十二月初一日，朱由检再次召见袁崇焕及满桂、祖大寿等时，就斥责袁崇焕：“尔擅杀大帅，以至今日。今又不能扞患御侮，则平日恢复之言何在？”命锦衣卫将他逮捕入狱。
同时，朱由检派孙承宗安抚东奔的关宁军，并以梁廷栋、满桂分别为文武经略，替代袁崇焕。
十二月十七日，朱由检命满桂出击永定门外的皇太极大军，反遭重创，满桂阵亡。
皇太极亦意识到拿不下北京，便在留下表达议和之意的书信后及时撤军，崇祯三年二月十六日从董家口出塞。
己巳之变是继庚戌之变后明朝京畿所受到的又一次重大威胁