閹黨餘孽被徹底肅清，朝堂風氣為之一清，大明的工業發展也步入正軌，隨著新型火器的批量生產和各行業的穩步革新，國力日漸強盛。然而，北方的後金並未因錦州保衛戰的失利而善罷甘休。皇太極深知，若任由大明發展壯大，日後再無南下之機，於是他迅速整合後金內部各部落力量，又以聯姻、結盟為誘餌，拉攏了蒙古科爾沁等部落，集結了六萬精銳大軍，再次大舉進攻遼東，此次的目標直指明軍在遼東的戰略要地——寧遠城。
寧遠守將袁崇煥很快接到前線軍情，他深知寧遠城的戰略重要性，一旦失守，遼東防線將全線崩潰。他當即下令全軍戒備，組織將士加固城防，挖掘壕溝、增設拒馬，做好了殊死抵抗的準備。同時，他連夜草擬奏摺，緊急上書朝廷，請求火速增援新型火器。此時的大明，得益於火器作坊的擴產和技術革新，已擁有充足的新型火器儲備。天啟帝收到奏摺後，深知軍情緊急，當即下旨，從京城火器庫調撥兩千杆改良鳥銃、五十門神威大將軍炮，以及足夠支撐數月作戰的火藥、炮彈，由遼東總兵趙率教率領三千精銳騎兵護送，星夜馳援寧遠。
三日後，趙率教的援軍順利抵達寧遠，帶來的大量新型火器讓袁崇煥大喜過望。他絲毫不敢耽擱，立刻召集軍中將領和火器手，由趙率教帶來的火器教官現場講解新型火器的操作方法、保養技巧和作戰要領。將士們圍著新型火器，眼中滿是好奇與期待，學習得格外認真。隨後，袁崇煥結合神威大將軍炮的射程和威力，重新規劃佈置城防，將五十門神威大將軍炮均勻架設到城牆各處的炮台上，形成交叉火力網，確保後金軍隊無論從哪個方向進攻，都能遭到猛烈打擊。
城防剛剛佈置完畢，三日後，後金大軍便浩浩蕩蕩地抵達寧遠城下。皇太極騎著高頭大馬，立於陣前，遠遠望著堅固的寧遠城牆，心中卻充滿了自信。他此次帶來了新打造的重型雲梯、撞車等攻城器械，還配備了數千名擅長遠射的弓箭手，在他看來，憑借著後金將士的悍勇和精良的攻城裝備，攻破寧遠城不過是旦夕之間的事。
“攻城！”皇太極拔出腰間的彎刀，指向寧遠城牆，一聲令下，聲音響徹戰場。後金士兵齊聲呐喊，推著沉重的雲梯、撞車，如同潮水般朝著寧遠城牆發起猛烈進攻。後方的弓箭手則迅速列隊，搭弓射箭，密集的箭矢如同雨點般飛向城牆上的明軍，試圖壓製明軍的防守火力。
“放！”袁崇煥站在城牆製高點，目光如炬，待後金軍隊進入火炮射程範圍的瞬間，高聲下令。城牆上的神威大將軍炮隨即開火，“轟轟轟！”巨大的炮聲震耳欲聾，火光衝天，炮彈帶著刺耳的呼嘯聲飛向後金軍隊的陣營，落地後轟然炸開，碎石、彈片四散飛濺，瞬間就在後金軍隊中炸開一道道缺口，士兵成片倒下，慘叫聲、哀嚎聲此起彼伏。
皇太極站在陣後，親眼目睹了神威大將軍炮的巨大威力，臉色瞬間大變，心中的自信被狠狠擊碎。他萬萬沒想到，明軍的火炮威力竟如此驚人，自己精心準備的攻城陣型瞬間就被打亂。但他生性倔強，又顧及軍心，並未下令撤軍，而是咬牙再次下令：“全軍衝鋒！後退者斬！”後金士兵素來悍不畏死，在軍令的逼迫下，隻得冒著炮火，踏著同伴的屍體，繼續朝著城牆衝去。
就在後金士兵拚死靠近城牆，準備架設雲梯、撞擊城門時，城牆上的改良鳥銃開始發揮作用。“砰砰砰！”密集的槍聲響起，明軍火器手們排成整齊的佇列，輪流射擊，形成持續不斷的火力網。改良鳥銃射程遠、精度高，後金士兵一個個倒在城牆之下，根本無法靠近雲梯和撞車，原本猛烈的進攻勢頭瞬間被遏製。
戰鬥持續了整整一日，從清晨打到黃昏，後金軍隊先後發起了十餘次猛烈進攻，卻始終無法突破明軍的火器防線，反而損失慘重，傷亡近萬人，戰場上屍橫遍野，血流成河。皇太極看著眼前慘烈的景象，心中充滿了不甘和恐懼，他深知，再這樣硬拚下去，自己的六萬大軍將會全軍覆沒，屆時後金將徹底失去與大明抗衡的實力。
“撤！立刻撤軍！”皇太極無奈之下，隻得痛苦地下達了撤軍的命令。隨著撤軍令的下達，後金軍隊如同喪家之犬，拖著疲憊的身軀，狼狽地向北逃竄。寧遠保衛戰，明軍憑借著新型火器的優勢，再次大獲全勝，不僅守住了寧遠城，更沉重打擊了後金的囂張氣焰。
寧遠保衛戰大捷的捷報很快傳回京城，天啟帝欣喜若狂，當即下旨，重賞袁崇煥、趙率教等前線將士，晉升袁崇煥為遼東巡撫，節製遼東軍務；同時，天啟帝對沈恪的功績大加讚賞，認為此次大捷的關鍵在於新型火器的出色表現，當即下旨晉升沈恪為工部尚書，全權負責大明的工業發展和火器研發工作，賦予他更大的自主權。