广宁城被攻破，祖大寿率领部队逃到了明末著名的觉华岛。天启二年，大学士孙承宗督师，让祖大寿辅佐参将金冠守岛。天启三年时，祖大寿主持修筑宁远城。到了六年正月，努尔哈赤攻打宁远，大寿佐袁崇焕领着祖大寿等人守城，大败后金军，祖大寿因功升任副总兵。天启七年五月，皇太极率军再攻宁远，祖大寿与猛将满桂率兵驻城外为犄角，与清兵激战，六月，清军败走，史称“宁锦大捷”。

    到了崇祯元年，即公元1628年，朝廷以袁崇焕督师辽东。六月，祖大寿升为辽东前锋总兵，挂征辽前锋将军印，驻守锦州。后来，皇太极意识到锦州防线一时难以突破，率领清军千里饶路蒙古南下，一直打到了北京城下。祖大寿又跟从袁崇焕入卫京师。

    后来，崇祯将袁崇焕下狱，祖大寿就率领部下毁了山海关回到辽东，震惊朝野。崇祯皇帝命令袁崇焕以书招之，老上级孙承宗也派人安抚。祖大寿为了能建立战功，换回袁崇焕不死，又杀回关内，连克永平、迁安、滦洲等地。

    在辽东将领中，祖大寿是营救袁崇焕最用力的一员，曾经请求削职为民，以自己的官阶赠荫和军功换取袁督师的性命。但明朝最终还是在崇祯三年的农历八月，杀了袁崇焕。祖大寿回到了辽东后，从此十分小心，从不只身离开军营，生怕叫东厂的人给抓了去杀头。