万历四十五年的一天，明朝廷发生了令人震惊的“梃击案”，大学士张问达感到这件事挺棘手的，就向孙承宗请教处理意见，孙承宗建议“不可不问，但又不可深问”，十分恰当地处理了此案，表现了孙承宗处理疑难问题的卓越能力。二是在神宗皇帝朱翊驾崩之后，孙承宗负责起草了“神宗遗诏”，这篇遗诏对万历皇帝在世时的种种弊政给予了彻底否定，实际上是一次革故鼎新，从此明王朝的政治局面发生了变化。充分体现了孙承宗的改革精神。
     到了万历末年的时候，关外强悍的后金军队开始进攻明朝，先攻占了抚顺、清河，又在萨尔浒把明朝的四路大军打得一败涂地，接着占领了开原、铁岭，又攻克了辽东重镇沈阳和首府辽阳，*的明朝军队打了很多败仗，节节后退。此时就有人向皇帝推荐孙承宗出任兵部尚书，但皇上没有同意。
     不久，不可一世的努尔哈赤又指挥军队渡过辽河（三岔河），从辽东进入辽西，攻打广宁，辽东巡抚王化贞吓破了胆，竟然弃城而逃，与经略熊廷弼一起狼狈不堪地逃回了山海关。从此，关外就都是后金的天下了，山海关危急，京师受到了严重的威胁。在这种严峻的形势下，天启皇帝才任命孙承宗为东阁大学士兼任兵部尚书。孙承宗一上任，就立即大刀阔斧地整顿朝纲，兵部的面貌也焕然一新。
     这时，山海关经略王在晋提出要在山海关外面八里的地方再修一道重关，但这要花费100万两白银。在山海关的兵备佥事袁崇焕、阎鳴泰、沈棨等人都不同意这样做，但他们说不服固执的王在晋，便只好写信给内阁首辅叶向高，叶向高就来与孙承宗商量这件事。
     孙承宗一听感到很荒唐：“什么？还要修长城，这事我得管，我去一趟吧！”孙承宗到山海关查看了一番后，觉得袁崇焕等人的意见是正确的，再修一道重关是劳民伤财，没有这个必要。孙承宗就劝说王在晋改变主张。
    孙承宗说：“老王，国难当头，你还想着干工程呀？”
    王在晋生气了，他说：“我不是修我们家院墙。我这样做，功在当代，利在千秋！”
    孙承宗说：“希望你不要执迷不悟，现在国难当头，你还要搞这么大的工程，对国家并没有好处。”
    王在晋摆摆手：“你别说了，我就是要砌这道墙，预算都做好了。”
     孙承宗见王在晋不听劝告，便回到北京向皇上汇报，皇上听了汇报，想了想说：“这个王在晋不像话，非要花100万两白银搞这个面子工程，不能这样干！”皇上一纸调令，把王在晋调走了。可是这样一来山海关就没有经略了，满朝文武推荐不上人来。皇上就让孙承宗推荐经略人选。
     皇上说：“老孙你想想，谁适合当山海关的经略啊？”孙承宗把朝官挨个儿数了一遍，感到没有合适的人选，于是就说：“陛下，还是我去吧。”
     就这样，孙承宗来到山海关进行督师，孙承宗到了山海关以后，拜马世龙为大帅，以鹿善继、茅元仪为赞画，选拔培养重用了袁崇焕、满桂、赵率教等一批忠心耿耿又很有才华的文武将领。经过4年的苦心经营，招募训练了十几万辽军，收复了400余里曾被后金军队占领的失地，修筑大城9座，小城堡40余座，屯田5000多顷，安置了数10万战争难民，逼迫努尔哈赤后退了700里，营造了一条令后金军队望而生畏的关宁防线，为后来的宁远大捷和宁锦大捷奠定了基础。在关宁期间，他制定了以辽土养辽民，以辽民守辽土的基本方针和稳固防守，逐步前进，渐图恢复的基本战略，使局势一度发生了很大变化，明朝军队逐步从守势转为攻势，从被动转为主动。
     与此同时，他还巧妙地理顺了与西部蒙古各个部落之间的关系，从而保证了京师北面边疆不受威胁。他还作出了将战车、舰船和火器结合在一起的创举，创建了以热兵器为主要杀伤手段的十二车营和中国历史上的第一支以火器为主要装备的海军，还组建了从海上登陆作战的两栖部队，并撰写了专门论述火器车战术技术的军事著作《车营百八扣》。他还用计成功策反了努尔哈赤的养子刘兴祚归顺明朝，为以后收复失地创造条件。
     就在孙承宗雄心勃勃地准备在边疆大展身手的时候，朝廷内部发生了重大的变故。阉党头目魏忠贤开始祸乱朝政。他害怕孙承宗在边疆立功，影响他在朝中专权，就想方设法为孙承宗制造障碍。
     为了收复失地，孙承宗向朝廷申请经费24万两白银，心怀叵测的魏忠贤让户部、兵部互相推诿，耽搁时间，从而错过了进攻后金的最好时机。与此同时，他们还鼓动皇上下旨让山海关精简兵马，理由当然听起来好像对国家有好处，实际上等于自毁长城。他们还挑孙承宗身边的那些文武将领的毛病，让他们不能安心地工作。正是由于阉党从中捣乱，使孙承宗进攻后金收复领土的计划无法落实。在搅乱边防的同时，阉党又在朝中疯狂地*主持正义的杨涟、左光斗等东林党人。