袁应泰斩杀贪将何光先，罢免大将李光荣及以下十余人，决定用兵十八万、大将十人，收复抚顺，并将作战计划向天子奏报。同时，袁应泰在辽东扩大边防，收编蒙古的叛将、叛卒，来投即纳，大将童仲揆、尤世功等以为不可，担心可能间杂着敌方间谍来日为内应，有叵测之祸，袁应泰不听。
天启元年（1621年）三月十二日，不等袁应泰去收复抚顺，女真大军已经来进攻沈阳。总兵官贺世贤、尤世功出城奋战，败北而回。
次日，蒙古降人果然作女真人的内应，使贺世贤、尤世功两员大将战死。总兵官陈策、童仲揆赴援，也阵亡，沈阳失守。
袁应泰令奉集、咸宁各军撤退，力守辽阳。十九日金兵临辽阳城下，袁应泰亲自督率总兵官侯世禄、李秉成、梁仲善、姜弼、朱万良出城五里迎战，大败而归，伤亡惨重，军心由此离散。
在蒙古叛将的里应外合下，后金军从小西门进城，辽阳城同样不可避免地陷落了。袁应泰也自刎殉国。
袁应泰虽有治理地方之能，但并无领兵之才，在杨镐和他的不懈努力下，将葬送了大明在辽东大好形势，将敢战之师折腾得没剩下几个。
沈阳、辽阳的相继陷落，明军只能退守辽河。