因此他建议在山海关前八里建一重关，护卫关隘。此想法首先与他手下的一个将官袁崇焕产生了冲突，王在晋处处打压，袁崇焕无奈越级上报给了内阁首辅叶向高，叶向高不谙军事于是面奏天启皇帝请求允许懂军事的孙承宗巡视辽东，解决争端和缓解辽东危局。天启皇帝同意了，从此孙承宗的命运发生了重大转折。
此时孙承宗以军人的勇气冒着危险亲自巡视了辽东的情况，一直观察到了笔架山一带（今辽宁省锦州市笔架山风景区）。回来后，决定兴修宁远城，守关前二百里，孙承宗将意见说与王在晋，然而王寸步不让，孙知王不堪重用，于是上书将王调走同时自请督师山海关。
▲明末辽东形势图
到天启五年（1625）因柳河事件受弹劾被迫辞职，孙承宗将辽东这盘死棋下活了。
首先他建立一条令后金在此后二十多年都未能攻破的关宁锦防线，在孙承宗的建设下，此条防线从山海关起至宁锦一带纵深二百多公里，沿途除几座重镇之外堡垒无数，钱粮充足，武器先进精良。其次是选拔了一批出色的将领如袁崇焕、马世龙、满桂、赵率教、祖大寿等，这些人都在大明王朝末期的历史舞台上充当了重要的角色。《三朝野纪》甚至记载：“自承宗出阵，关门息警，中朝宴然，不复以边事为患矣。”可见孙承宗对于辽东的重要作用。
由于魏忠贤阉當的诬陷，孙承宗被迫辞职赋闲在家，这一歇就是四年。不过他时时的关心边事，自己建设的关宁锦防线在不断显示它的坚固，自己的弟子也在前线浴血奋战，本以为可以安享晚年了，却没想到崇祯二年（1629）发生了大的变故。是年十月，清兵绕过关宁锦防线，走蒙古过喜峰口，兵事直逼北京城。
蓟辽督师袁崇焕星夜援助京师击退皇太极的进攻，却被陷入狱，袁崇焕手下总兵祖大寿率众出关，崇祯十分惊恐，在朝臣的建议下，孙承宗临危受命以兵部尚书出镇通州，书信召回祖大寿，巩固北京城防，于崇祯三年（1630）将清军逐出北京近郊。
随后重新巩固关宁锦防线，此时期由于边防的功绩，孙承宗不断得到封赏，孙承宗却将所等全部赋予将士，但由于功高遭到满朝的嫉恨，不断受到朝臣的弹劾，此种情况在崇祯四年（1631）因大、小凌河城的陷落而达到顶峰。孙承宗也因此事再次辞职归乡。
