天啟二年（1622年）八月，孫承宗於是自請為督師，還讓薊、遼等原來的將領監管各處，見機行事時不必受到其他人的限製。孫承宗用閻鳴泰為遼東巡撫，又用鹿善繼、王則古為讚畫，並請求從國庫帶走八十萬錢。皇帝朱由校同意後，親自將孫承宗送出宮門，並賜給孫承宗尚方寶劍、坐蟒等，內閣大臣將孫承宗直送到崇文門外。
孫承宗上任後，讓江應詔製定軍事編製，讓袁崇煥建造營房，李秉誠訓練火器裝備，鹿善繼、王則古處理軍需物資，沈棨、杜應芳維修甲仗，孫元化修築炮台，宋獻、程侖購買軍馬，萬有孚采伐樹木，祖大壽輔助金冠守覺華島，陳諫助趙率教守前屯，魯之甲拯救難民，楊應乾招募遼人編製成軍隊。
孫承宗發現先前關上的士兵沒有紀律，而且有大量的不符合條件的人冒領軍餉，於是孫承宗閱兵後，將河南、真定等地不符合條件的士兵全部遣回。將魯之甲所拯救出的難民征召七千人出來去駐守前屯，楊應乾招募的遼人軍隊去鎮守寧遠，請求朝鮮聲援遼東，又犒賞東江鎮的毛文龍，讓他四麵防衛。並傳令給沈有容進據廣鹿島。而後江應詔被彈劾，孫承宗請求讓馬世龍代替，並讓尤世祿、王世欽為南北帥，聽馬世龍調遣。朱由校聽從孫承宗的建議並賜給馬世龍尚方寶劍。
登萊巡撫袁可立與孫承宗同為天啟二年殿試同考官，共同主遼期間滿人蜷伏。孫承宗將遼海防務委之於袁可立，十分倚重。他說道：“讀後先大疏，皎皎揭日月，行中天而底裏洞徹，殊令人可味，可展布四體，仰酬國恩”（孫承宗《高陽集·答袁節寰登撫》）。
朝廷有人重山海輕沿海，甚至有人請求裁撤登萊巡撫。但孫承宗認為“恢遼全著，必資於海。”請求“皇上敕該部分部兩鎮汛地，酌給登鎮（沈有容）兵丁，敕登萊撫臣（袁可立）用心料理，仍令節製兩鎮，凡一應兵馬錢糧、徵收調遣、防剿功罪盡歸經理。”
皇帝朱由校喜歡視察邊關，經常派東廠的人到關門，然後將邊關的事情上報給朝廷。魏忠賢掌權後派遣自己的黨羽劉朝、胡良輔、紀用等四十五人帶著數萬武器裝備來到關門，供給邊關軍隊，又用白金十萬，蟒、麒麟、獅子、虎、豹等銀幣賞賜將士，賜給孫承宗蟒服、白金等，表麵上是慰勞軍隊，實際上是窺探軍情。孫承宗出關巡視寧遠，聽到這個消息立刻上書給朱由校，說不能讓宦官監軍，但朱由校卻回複說這沒什麽。使者到邊關後，孫承宗隻用茶水招待。
天啟三年（1623年）孫承宗推薦閻鳴泰當遼東巡撫以後，認為他沒有實際才能，所以軍事上的事很多都不跟他商議，閻鳴泰因此感到不高興，朝廷議論後，將閻鳴泰罷免，用張鳳翼接替，但張鳳翼膽小，又主張退守山海關。孫承宗對此感到不高興，出關巡視寧遠，召集眾將開會，多數將領都想退守山海關，馬世龍建議守中後所，袁崇煥等主張守寧遠。孫承宗采用袁崇煥的主張，於是讓祖大壽修建防禦工事，令袁崇煥、滿桂駐守寧遠。
孫承宗擔心自己的權利受到限製，上書朱由校說督師和總督不能同時設立，請求將自己罷免。朱由校於是終止總督的推選，令遼東巡撫移駐寧遠，張鳳翼覺得這是置自己於死地，與萬有孚等詆毀馬世龍。沒過多久，萬有孚被薊州巡撫嶽和聲彈劾，張鳳翼於是稱馬世龍和袁崇煥陷害，捏造謊話欺瞞朝廷，試圖阻撓出關的計劃。給事中解學龍也大力陳說馬世龍的罪過，孫承宗非常生氣，上書給朱由校說邊關的防守策略，說寧遠、覺華不能放棄，並為馬世龍辯解，又揭發萬有孚與張鳳翼等勾結的罪狀。
天啟四年（1624年），寧遠城修複，關外的守備器械也已建造完畢，孫承宗上書朱由校請求發軍餉二十四萬，這樣就可以大舉進攻了，但兵部和工部卻橫加阻撓，向朱由校進讒不能給錢，孫承宗上書催促無果，孫承宗大軍因此沒有出征。
孫承宗坐鎮遼東的四年，與天津巡撫李邦華、登萊巡撫袁可立遙相呼應，“關門息警，中朝宴然，不複以邊事為慮矣。”在這樣相對安定的大背景下，按照戰功來衡量，似乎孫承宗有些碌碌無為。然當時的兵部尚書王永光對孫承宗積極防禦的一番作為作過很中肯的評價：“兵家有雲，善戰者，無赫赫之功！”兩年下來，孫閣老和袁軍門一直沒有發動大戰役的機會，而發動戰略總反攻把後金趕出去的機會又不成熟。但反過來說，孫閣老在無形中為朝廷省下了許多軍費，確保了山海關安然無恙，使明朝有了更多的機會養精蓄銳，充分顯示了天朝的不戰之威。”首輔孔貞運評價道：“公久曆海上，凡地形險易，軍儲盈縮，將吏能否，虜情向背皆洞若燭照，故登萊終公（袁可立）之任銷鋒臥鼓。”（《兵部尚書節寰袁公墓誌銘》）這也從另一方麵肯定了孫承宗和袁可立積極防禦之功。令人惋惜的是，正當孫、袁二公積數年之力準備大有作為組織大反攻之時，閹黨已全麵掌控局勢，逼迫袁可立和孫承宗先後去職。
孫承宗與袁可立是很好的搭檔，從後來柳河之役的失敗來看，袁可立的離任對孫承宗的軍事行動有很大的影響和缺憾。從後來的戰爭結果看，袁可立的實戰能力更強，在登萊缺糧少援的弱勢狀態下，竟然能在數月內組合優勢兵力縱橫海上，戰線綿延至上千裏，調度兩鎮兵馬多次奇兵突襲，以反間計策反後金女婿劉愛塔，連克金、複、蓋三衛旅順、紅嘴、望海、永寧等堡多個戰略要地，使後金數年間蜷縮一隅無以西窺。袁可立的登萊戰區竟然成為了明清戰爭史上唯一主動出擊叫戰的正麵戰場。
而此時魏忠賢企圖擴張權利，見到孫承宗功勞非常高，想要攀附，於是派劉應坤向孫承宗表明自己的意思。但孫承宗見到劉應坤之後與他一句話也不說，魏忠賢因此記恨孫承宗。魏忠賢迫害朝中大臣，將楊漣、趙南星、高攀龍等驅逐出京，孫承宗正在巡視薊州一帶，想到上反對奏書皇上未必會親自閱覽，於是以賀壽為由請求入朝麵奏，借機彈劾魏忠賢。魏廣微聽說後將這個消息告訴了魏忠賢，說孫承宗打算以清君側為由殺掉魏忠賢，魏忠賢於是跑到皇帝朱由校床前，哭著求情，顧秉謙也說沒有聖旨私自離開防守的地方，不合法度。於是朱由校連夜召見兵部尚書，派三人騎快馬阻止孫承宗。魏忠賢又假傳聖旨給九門的宦官，若孫承宗到了齊化門，就將他綁了。
孫承宗上任後，讓江應詔製定軍事編製，讓袁崇煥建造營房，李秉誠訓練火器裝備，鹿善繼、王則古處理軍需物資，沈棨、杜應芳維修甲仗，孫元化修築炮台，宋獻、程侖購買軍馬，萬有孚采伐樹木，祖大壽輔助金冠守覺華島，陳諫助趙率教守前屯，魯之甲拯救難民，楊應乾招募遼人編製成軍隊。
孫承宗發現先前關上的士兵沒有紀律，而且有大量的不符合條件的人冒領軍餉，於是孫承宗閱兵後，將河南、真定等地不符合條件的士兵全部遣回。將魯之甲所拯救出的難民征召七千人出來去駐守前屯，楊應乾招募的遼人軍隊去鎮守寧遠，請求朝鮮聲援遼東，又犒賞東江鎮的毛文龍，讓他四麵防衛。並傳令給沈有容進據廣鹿島。而後江應詔被彈劾，孫承宗請求讓馬世龍代替，並讓尤世祿、王世欽為南北帥，聽馬世龍調遣。朱由校聽從孫承宗的建議並賜給馬世龍尚方寶劍。
登萊巡撫袁可立與孫承宗同為天啟二年殿試同考官，共同主遼期間滿人蜷伏。孫承宗將遼海防務委之於袁可立，十分倚重。他說道：“讀後先大疏，皎皎揭日月，行中天而底裏洞徹，殊令人可味，可展布四體，仰酬國恩”（孫承宗《高陽集·答袁節寰登撫》）。
朝廷有人重山海輕沿海，甚至有人請求裁撤登萊巡撫。但孫承宗認為“恢遼全著，必資於海。”請求“皇上敕該部分部兩鎮汛地，酌給登鎮（沈有容）兵丁，敕登萊撫臣（袁可立）用心料理，仍令節製兩鎮，凡一應兵馬錢糧、徵收調遣、防剿功罪盡歸經理。”
皇帝朱由校喜歡視察邊關，經常派東廠的人到關門，然後將邊關的事情上報給朝廷。魏忠賢掌權後派遣自己的黨羽劉朝、胡良輔、紀用等四十五人帶著數萬武器裝備來到關門，供給邊關軍隊，又用白金十萬，蟒、麒麟、獅子、虎、豹等銀幣賞賜將士，賜給孫承宗蟒服、白金等，表麵上是慰勞軍隊，實際上是窺探軍情。孫承宗出關巡視寧遠，聽到這個消息立刻上書給朱由校，說不能讓宦官監軍，但朱由校卻回複說這沒什麽。使者到邊關後，孫承宗隻用茶水招待。
天啟三年（1623年）孫承宗推薦閻鳴泰當遼東巡撫以後，認為他沒有實際才能，所以軍事上的事很多都不跟他商議，閻鳴泰因此感到不高興，朝廷議論後，將閻鳴泰罷免，用張鳳翼接替，但張鳳翼膽小，又主張退守山海關。孫承宗對此感到不高興，出關巡視寧遠，召集眾將開會，多數將領都想退守山海關，馬世龍建議守中後所，袁崇煥等主張守寧遠。孫承宗采用袁崇煥的主張，於是讓祖大壽修建防禦工事，令袁崇煥、滿桂駐守寧遠。
孫承宗擔心自己的權利受到限製，上書朱由校說督師和總督不能同時設立，請求將自己罷免。朱由校於是終止總督的推選，令遼東巡撫移駐寧遠，張鳳翼覺得這是置自己於死地，與萬有孚等詆毀馬世龍。沒過多久，萬有孚被薊州巡撫嶽和聲彈劾，張鳳翼於是稱馬世龍和袁崇煥陷害，捏造謊話欺瞞朝廷，試圖阻撓出關的計劃。給事中解學龍也大力陳說馬世龍的罪過，孫承宗非常生氣，上書給朱由校說邊關的防守策略，說寧遠、覺華不能放棄，並為馬世龍辯解，又揭發萬有孚與張鳳翼等勾結的罪狀。
天啟四年（1624年），寧遠城修複，關外的守備器械也已建造完畢，孫承宗上書朱由校請求發軍餉二十四萬，這樣就可以大舉進攻了，但兵部和工部卻橫加阻撓，向朱由校進讒不能給錢，孫承宗上書催促無果，孫承宗大軍因此沒有出征。
孫承宗坐鎮遼東的四年，與天津巡撫李邦華、登萊巡撫袁可立遙相呼應，“關門息警，中朝宴然，不複以邊事為慮矣。”在這樣相對安定的大背景下，按照戰功來衡量，似乎孫承宗有些碌碌無為。然當時的兵部尚書王永光對孫承宗積極防禦的一番作為作過很中肯的評價：“兵家有雲，善戰者，無赫赫之功！”兩年下來，孫閣老和袁軍門一直沒有發動大戰役的機會，而發動戰略總反攻把後金趕出去的機會又不成熟。但反過來說，孫閣老在無形中為朝廷省下了許多軍費，確保了山海關安然無恙，使明朝有了更多的機會養精蓄銳，充分顯示了天朝的不戰之威。”首輔孔貞運評價道：“公久曆海上，凡地形險易，軍儲盈縮，將吏能否，虜情向背皆洞若燭照，故登萊終公（袁可立）之任銷鋒臥鼓。”（《兵部尚書節寰袁公墓誌銘》）這也從另一方麵肯定了孫承宗和袁可立積極防禦之功。令人惋惜的是，正當孫、袁二公積數年之力準備大有作為組織大反攻之時，閹黨已全麵掌控局勢，逼迫袁可立和孫承宗先後去職。
孫承宗與袁可立是很好的搭檔，從後來柳河之役的失敗來看，袁可立的離任對孫承宗的軍事行動有很大的影響和缺憾。從後來的戰爭結果看，袁可立的實戰能力更強，在登萊缺糧少援的弱勢狀態下，竟然能在數月內組合優勢兵力縱橫海上，戰線綿延至上千裏，調度兩鎮兵馬多次奇兵突襲，以反間計策反後金女婿劉愛塔，連克金、複、蓋三衛旅順、紅嘴、望海、永寧等堡多個戰略要地，使後金數年間蜷縮一隅無以西窺。袁可立的登萊戰區竟然成為了明清戰爭史上唯一主動出擊叫戰的正麵戰場。
而此時魏忠賢企圖擴張權利，見到孫承宗功勞非常高，想要攀附，於是派劉應坤向孫承宗表明自己的意思。但孫承宗見到劉應坤之後與他一句話也不說，魏忠賢因此記恨孫承宗。魏忠賢迫害朝中大臣，將楊漣、趙南星、高攀龍等驅逐出京，孫承宗正在巡視薊州一帶，想到上反對奏書皇上未必會親自閱覽，於是以賀壽為由請求入朝麵奏，借機彈劾魏忠賢。魏廣微聽說後將這個消息告訴了魏忠賢，說孫承宗打算以清君側為由殺掉魏忠賢，魏忠賢於是跑到皇帝朱由校床前，哭著求情，顧秉謙也說沒有聖旨私自離開防守的地方，不合法度。於是朱由校連夜召見兵部尚書，派三人騎快馬阻止孫承宗。魏忠賢又假傳聖旨給九門的宦官，若孫承宗到了齊化門，就將他綁了。