Sau chiến thắng Ninh Viễn lần thứ nhất, Viên Sùng Hoán được thăng chức Tuần phủ Liêu Đông. Có điều kiện thực thi kế hoạch của mình, ông đã cho các thuộc tướng thu hồi lại các thành trì trước đây, tái lập phòng tuyến tiền tiêu của Ninh Viễn. Ông chủ trương tạm thời hòa hoãn với Hoàng Thái Cực, người kế vị ngôi Đại Hãn, để tranh thủ thời gian, tu bổ tuyến phòng thủ, củng cố binh lực.

Quả nhiên, tháng 5 năm 1627, Hậu Kim lại xuất quân tấn công Cẩm Châu. Đoán biết Hoàng Thái Cực dụ ông dẫn binh đi tiếp cứu Cẩm Châu, sau đó sẽ phục kích quân tiếp viện, đồng thời công kích Ninh Viễn[5], Viên Sùng Hoán án binh bất động, làm phá sản ý định "vây thành diệt viện" của Hoàng Thái Cực. Khi thành Cẩm Châu rơi vào thế nguy cấp, ông mới phái bộ tướng dẫn 4.000 kỵ binh đến tiếp cứu Cẩm Châu. Quả nhiên, khi quân cứu viện còn chưa xuất phát bao xa, Hoàng Thái Cực đã chia binh tấn công thành Ninh Viễn.

Do chuẩn bị kỹ nên quân Minh đã phòng thủ một cách có hiệu quả, các thành trì vẫn vững vàng trước các đợt tấn công ào ạt của quân Kim. Thêm vào đó, hỏa lực của đại pháo Hồng Di như thường lệ vẫn phát huy được uy lực, gây tổn thất rất lớn cho quân Kim. Ngoài ra, sự phối hợp chiến đấu tốt của hai cụm cứ điểm là thành Ninh Viễn và thành Cẩm Châu càng gây khó khăn hơn cho quân Kim, Thậm chí có thời điểm các chỉ huy quân Minh còn dẫn quân trong đánh trả quyết liệt, gây thiệt hại cho quân Kim.

Chiến dịch này kéo dài gần 5 tháng (từ tháng 5 đến tháng 10 năm 1627), trước sức cố thủ ngoan cường của quân Minh, tinh thần quân Kim sa sút trước sức mạnh hỏa lực đại pháo, thời tiết không thuận lợi, Hoàng Thái Cực buộc phải hạ lệnh tạm lui quân để củng cố. Một lần nữa, quân Minh dưới sự chỉ huy của Viên Sùng Hoán tận dụng thời cơ truy kích, đánh cho quân Hậu Kim đại bại, giành chiến thắng ở Ninh Viễn, Cẩm Châu. Tài liệu Trung Quốc gọi đây là trận chiến Ninh Viễn lần hai hay chiến dịch Ninh – Cẩm. Sau đại thắng Ninh - Cẩm, tình thế ngoài quan ải đã tốt dần lên đối với quân Minh.[8]

Tuy Viên Sùng Hoán một lần nữa đại thắng quân Hậu Kim, nhưng tại triều, thái giám Ngụy Trung Hiền cùng bè đảng lo ngại uy thế đang lên của ông, đã dèm pha ông với Minh đế với tội danh cố ý khiêu khích dẫn đến chiến tranh và lúc chiến sự nguy cấp lại bỏ mặc, không đích thân dẫn quân tiếp ứng Cẩm Châu. Vì việc này, Viên Sùng Hoán bị cách chức.