所以他希望，皇帝“以公忠忧国之心，励精敏有为之气”，事关军国大务，只有群策群力，一德一心，才能扭转辽东危局。
天启皇帝在给孙承宗的敕书中，呼应了孙承宗的诉求，说：“朕所倚赖，亦惟卿一人。”并把孙承宗比作当今的诸葛亮和裴度，评价相当高。随后，赐尚方宝剑，亲自为孙承宗送行。
▲天启皇帝朱由校画像
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孙承宗仅带了两三个幕僚，抵达山海关，大刀阔斧开始整顿千疮百孔的防务。
他整顿军队，淘汰了胆小无能的将校数百人，裁减了冗兵一万七千余名。同时，提拔了袁崇焕、马世龙、祖大寿、赵率教等勇敢善战的猛将。
他做事雷厉风行。一日，召集将吏，问道：“各位多次说巡视宁远，为何屡次延期？”众人回答：“请督师决定日期。”孙承宗说：“明日前往，如何？”众人惊愕不已。孙承宗又说，就这么定了。
次日出发，两天后就抵达宁远。
他决定把关外的防御中心设在宁远，命袁崇焕、满桂重新修筑宁远城。一年之后，城堞竣工，成为关外军事重镇。他又下令将西洋的红夷大炮运上城头。于是，宁远固若金汤。
他还实施“以辽人守辽土，以辽土养辽人”的政策，招募流离失所的辽民为兵，重建了一支能攻善战的劲旅辽军。这支辽军，在后来的明与后金（清）之间十数年延绵的争战中，曾多次力挫八旗兵之雄锋，以明朝晚期一支最为精锐的军队而被载入史册。
而孙承宗最主要的功绩，是确定了从山海关到宁远到锦州的防御策略。这道防线，史称“关锦防线”。缔造关锦防线，成为明与后金（清）最重要也是最后一道防线。直到1644年，李自成灭了明朝，这道防线都没被清兵攻破过。
任何时代，事在人为。明末辽东在与后金的争战中，遇到一个有为敢为的督师，局面就能得到很好的改观。从之前的熊廷弼，到现在的孙承宗，再到后来的袁崇焕，这三人是晚明所有辽东督师中最有作为的。
他们有很多共同点，都曾两度督师辽东。在第一次任职辽东后，都曾含冤去职。去职后，大好局面又被坏掉，朝廷只好再请他们出来收拾残局。起落之间，印证了这三人的能力，也从一个侧面说明了辽东局势，是被自己人毁掉的。用后来的胜利者——大清皇帝乾隆的话说，明朝是“自毁长城”。
孙承宗用4年时间，实现了辽东局势的反转。后金不敢轻易进犯，努尔哈赤慑于孙承宗的威力，干脆舍弃新都城辽阳，北迁到了沈阳。
正当孙承宗准备发动进攻，进一步收复失地之际，朝廷内部却发生了变化。
魏忠贤把持朝政，以孙承宗督师辽东颇有成效，想拉拢他，于是派人犒劳守辽将士，赐孙承宗坐蟒、金币。孙承宗得知消息，立马上奏说，