朝廷上下弥漫着不信任气氛，被敌方巧妙利用。皇太极兵临城下后，巧施离间计，散布谣言：袁崇焕与他有约在先，故意引诱满洲铁骑逼近北京。这一密谋有点类似《三国演义》中的“蒋干盗书”，策划者是后金章京范文程。情节大致如下：
皇太极在广渠门战败后，嘱咐副将高鸿中与参将鲍承先，故意在俘虏的太监杨某面前低声耳语：“今日撤兵，乃上（皇太极）计也。顷见上（皇太极）单骑向敌，有二人来见上（皇太极），语良久乃去，意袁巡抚（袁崇焕）有密约，此事可立就矣。”第二天故意把杨太监放回，情报就传到崇祯皇帝那里。皇太极的这一招，伎俩并不高明，但是在“都人竞谓（袁）崇焕召敌”的气氛中，是极易奏效的。请看当时的舆论。
文震孟《文文肃公日记》写道：
（十一月）十八日，闻袁督师至城下。又云是奴酋奸细伪为袁者，忧惶殊甚。十九日，至朝中，汹汹而已。
赵吉士《寄园寄所寄》写道：
时督师袁崇焕握重兵，壁城平，疑其有外心。
兵部尚书派遣沈文学进入袁督师军营探听虚实，沈文学对袁崇焕说：
天子新践祚，即不次擢公，可谓公知己，固知公比不忍负朝廷。但公列营城外而不入朝，天下何从识公忠诚哉……且公枉杀毛文龙，人已疑公，方冀公立功自赎，稍不尽节，天下争脔公，可不畏欤！
这些话透露了两个信息，其一是朝廷上下“疑其有外心”；其二是将来的下场很可能是“天下争脔公”。不幸被他言中了。
十二月二十三日，朱由检在宫中召见袁崇焕、满桂、祖大寿、黑云龙等将领，以及新任兵部尚书申用懋。这时，他可能已经获悉杨太监的情报，为了稳定军心，驱逐来犯之敌，对于袁崇焕极力夸张敌军不可抵挡的说法，拒不表态，一味地加以慰劳，甚至把自己身上的貂裘大衣解下来，给袁崇焕披上，自始至终没有流露出对他的戒备之心。待到他把京城与皇城的警卫置于自己的直接控制之下后，十二月初一日再度召见袁崇焕时，态度就大不一样了。这次召见名义上是和他讨论军饷事宜，实际上是把他逮捕入狱。
皇帝突如其来的翻脸，不但使得袁崇焕大惊失色，也让陪同召见的将领们大为意外。更出乎他们意料的是，皇帝直截了当地责问袁崇焕三大罪状：杀毛文龙、导致敌军进犯北京、射伤满桂，所隐含的潜台词就是与皇太极的“密约”。袁崇焕毫无思想准备，一时语塞，无言以对。朱由检以为他默认了，不由分说地厉声下令：“着锦衣卫拿掷殿下！”锦衣卫校尉们一拥而上，把袁氏的官服脱去，扭押到西长安门外的锦衣卫大堂，发镇抚司监禁。
对于这种非常举动，内阁辅臣们极力劝谏，临敌易将，兵家所忌。朱由检回答：“势已至此，不得不然。”看得出来，他有不得已的苦衷，不能把关于“密约”的情报公然摊到桌面上，只能作这样的解释：“朕以东事付袁崇焕，乃胡骑狂逞，崇焕身任督师，不先行侦防，致敌深入内地，虽兼程赴援又钳制将士，坐视淫掠，功罪难掩，暂解任听勘。”只是追究他作为督师的失职，丝毫没有涉及其他因素（包括所谓“密约”）。理由是冠冕堂皇的，后果却极其严重。文震孟在日记中流露的感想，反映了朝廷大臣的忧虑。他写道：“忽闻上（皇上）召袁崇焕督师，满桂、黑云龙、祖大寿等抚戎。已，闻崇焕下诏狱……余不觉顿足曰：噫，败矣……袁罪当诛，而此非其时也。”
确实，“此非其时”——现在不是逮捕袁崇焕的时候，朱由检忽略了主帅被逮后辽兵的动向，这是致命的潜在危险。兵部职方司郎中余大成敏锐地察觉到这个问题，向顶头上司兵部尚书及时提醒：辽兵无主，不败即溃，今日之上策，莫过于释放袁崇焕，以维系军心，责成他驱逐敌军出境，立功自赎。
事态的发展果然不出余大成所料。辽兵平素对袁督师感恩戴德，祖大寿又与满桂有过节，袁督师被逮，要他听从满桂节制，大为不满。十二月初四日一早，祖大寿悍然率领辽兵离开北京，回归宁远。敌军还未撤退，一支最有战斗力的劲旅脱离战场，形势堪忧。
朱由检接受兵部尚书梁廷栋的建议，指派内阁六部官员前往狱中，开导袁崇焕，顾全大局，阻拦祖大寿东行。袁崇焕欣然从命。于是，手持袁崇焕蜡书的信使昼夜兼程，在距离锦州一日路程的地方追上了祖大寿一行。祖大寿下马捧读袁督师的手书，泣不成声，一军尽哭。在年逾八旬老母的规劝下，祖大寿回师北京。朱由检大喜过望，顿时又闪现出重新起用袁崇焕的想法——“守辽非蛮子不可！”所谓“蛮子”，是对广西人袁崇焕的一种昵称。事情似乎有了转机。
但朝廷中一些别有用心的人唯恐天下不乱，乘机制造事端，掀起了清查阉党逆案以来第一次翻案风波，并且由袁崇焕牵连到内阁辅臣钱龙锡，终于使得袁崇焕的罪名层层加码，丧失了转圜的可能。
山东道御史在这方面起了极坏的作用。他在崇祯三年八月六日的奏疏中，诬陷已经辞官的钱龙锡，“主张袁崇焕斩帅致兵，倡为款议，以信五年成功之说，卖国欺君，秦桧莫过”。与督师大员商议平辽方略，是内阁辅臣的分内之事，居然被诬为“卖国欺君”，与千古罪人秦桧相提并论，居心险恶之极。朱由检接到这份火上浇油的奏疏，怒不可遏，不加核实就草率下达圣旨：
（袁）崇焕擅杀逞私，谋款致敌，欺藐君父，失误封疆，限刑部五日内具奏。（钱）龙锡职任辅弼，私结边臣，互谋不举，下廷臣会议其罪。
袁崇焕的命运岌岌可危了。
八月十六日下午，朱由检召开御前会议，商议处决袁崇焕事宜。他列举种种罪状后，用咨询的口气问道：“法司如何定罪？”大臣们都不敢造次，一味顿首，听凭皇上发落。他见大家并无异议，随即宣布他的决定：“依律磔之！”所谓“磔”，是一种酷刑，即寸寸脔割致死。
袁崇焕绑赴西市处磔刑，惨不忍睹，张岱《石匮书后集》描写道：
割肉一块，京师百姓从刽子手争取，生啖之。刽子乱扑，百姓以钱买其肉，顷刻立尽。开膛出其肠胃，百姓群起抢之，得其一节者，和烧酒生啮，血流颊间，犹唾骂不已。拾得其骨者，以刀斧碎磔之。骨肉俱尽，止剩一首，传视九边。
他的死比毛文龙惨多了。他死后，兄弟妻妾流放福建，家财没收。《明史·袁崇焕传》说：“崇焕无子，家亦无余资，天下冤之。”又说：“初，崇焕妄杀文龙；至是，帝误杀崇焕。自崇焕死，边事益无人，明亡征决矣。”读来令人感慨，如果说袁崇焕妄杀毛文龙是一大错误，那么朱由检误杀袁崇焕是错上加错，两者均为亲者痛仇者快，对于明朝而言，无异于自斩手足，自毁长城。
孟森1936年发表的《明本兵梁廷栋请斩袁崇焕原疏附跋》，对此评论道：“二年六月，遂以便宜诛毛文龙。于是崇焕一身在明诋为罪大恶极之人，而清太宗反间计得行。阉党余孽，谋孼其间，思宗愚而自用，诸臣意气用事，崇焕至以磔死。定罪时本兵之疏如此，犹曰一时君臣之愦愦也。乃至北都既复，崇焕功罪依然不明。”一位罪不至死的有功之臣，遭到他所效忠的朝廷如此不公平对待，而且从崇祯一直到南明，始终没有人为他鸣冤叫屈，令人心酸。
袁崇焕之死，难道仅仅是他个人的悲剧吗？