熹宗即位，孙承宗以左庶子的身份充当日讲官。皇帝每次听孙承宗讲论经史，都说：“心灵开悟。”所以对他的垂爱关注特别殷切。天启元年，沈阳、辽阳相继失守，满朝喧扰不安。御史方震孺请求罢免兵部尚书崔景荣，让孙承宗代替他。朝臣也都以为孙承宗懂军事，于是推举他为兵部新增设的侍郎，主持东边的战局。皇帝不想让孙承宗离开讲席，二次上疏都不同意。不久，大清兵进逼广宁，于是任命孙承宗为兵部尚书兼东阁大学士。过了几天，命令他以阁臣身份掌管兵部事务。孙承宗上疏说：“近年来军队大多没有经过训练，军饷经常不能核实。如今国家应当重视（加重、加强）武将的权力，把符节和斧钺（权力）交给他们，不要让文官凭借着粗浅的见识沾沾自喜地在他们之上欺凌他们。对于边防战争的小胜小败，都不值得去过问。”于是分条献上安抚西部、救济辽地难民、检阅京师部队、增设永平大帅、修筑蓟镇的堡垒、开辟京东地区的屯田等几条对策。皇帝嘉许采纳了他的意见。

这时宁远城工程竣工，关外守卫用的战具都已齐备。孙承宗谋划大规模行动，上奏说：“先头部队已设置在连山、大凌河，尽快给我二十四万两军饷，就可以立即取得战功。”皇帝命令有关部门供给他。兵部和工部相互商量说：“军饷给足了，他就会马上妄自行动，不如答应他但不给他，靠公文往复来延缓他的行动。”孙承宗再次上疏催促，把实情详细地报告给皇帝。皇帝为此整顿各部官员，而军队最终果然没有出发。这个时候，魏忠贤更加擅权。因为孙承宗功劳高，想让他亲近依附自己，叫刘应坤等人去表明自己的意图。孙承宗不跟他说一句话，魏忠贤因此极恨他。而后，魏忠贤的党徒李蕃、崔呈秀、徐大化接连上疏诋毁孙承宗，竟把他比作王敦、李怀光。孙承宗于是闭门谢客，请求辞职。

崇祯十一年，大清兵深入内地。在十一月九日进攻高阳，孙承宗率领家族人抵抗守卫。大清兵将要离开，围绕着城墙大声叫喊了三次，守城的人也回答了三次，清军说：“这是守城的人在嘲笑，按照法令应当攻破它。”又一次包围了高阳城。第二天城池陷落，孙承宗被抓住。望着都城方向叩头后，上吊自杀，终年七十六岁。谥号文忠。后追叙宁远战役的功绩，荫封儿子锦衣世袭千户