滿門皆榮
隨著祖大壽地位的迅速上升，祖氏滿門都獲封官職。祖大壽的兄弟祖大樂、祖大成、祖大弼，子侄祖澤遠、祖澤沛、祖澤盛、祖澤法、祖澤潤、祖可法等，都是上自總兵、下至副將、參將、遊擊的各級軍官，分駐寧遠、大淩河（今遼寧淩海市）、錦州諸城。為表彰祖氏世代鎮遼的功勳，明朝崇禎皇帝即位後，特命於寧遠城內敕建祖氏四世鎮遼的功德牌坊。
己巳之變
參見詞條：己巳之變
皇太極打錦州、寧遠不下，便改變了戰略，於1629年（崇禎二年）農曆十月率十萬大軍從蒙古方向攻入長城，一直打到北京城下。當時，明朝軍隊主力都在山海關外布守，袁崇煥急率祖大壽馳援北京城，並在廣渠門外與皇太極展開激戰。孤軍深入的皇太極怕袁崇煥與北京城內外合擊，不得不撤軍而走，清人銷毀明朝的大量原始記載，為神化自己編造謠言說臨走時布下所謂反間計。崇禎皇帝將袁崇煥下獄問罪，祖大壽既寒心又憤怒，率部東走，崇禎皇帝無奈之下讓袁崇煥寫信招回祖大壽，孫承宗也遣使撫慰，請祖大壽立功贖袁崇煥之罪，祖大壽便又回到了關內。
收複永平
1630年（崇禎三年）春，後金軍攻克明朝永平等四城，皇太極聽說祖大壽的族人居住在永平三十裡村，就命令軍隊去抓人，得到祖大壽一個侄子及其親戚家屬。皇太極給祖大壽侄子一所住宅，並派兵監視。
不久，崇禎皇帝命令祖大壽與山西總兵馬世龍、山東總兵楊紹基會師，率領副將祖大樂、祖可法、張弘謨、劉天祿、曹恭誠等進攻灤州，攻取灤州之後，進逼永平，貝勒阿敏等丟棄四處城池領兵返回後金。於是，祖大壽又回到錦州前線防守。但祖大壽從不隻身離開軍營，生怕叫東廠的特務抓了去。
大淩河之戰
1631年（崇禎四年）農曆七月，祖大壽奉命於大淩河築城保衛錦州，在他修了不到半個月，城牆雉堞還沒修完時，皇太極大軍便兵臨城下，將大淩河城包圍。祖大壽隻好關閉城門，倉促應戰。
城中糧草僅夠幾天之用，圍了不幾天城中就斷糧了。城中將士無不驚恐萬狀，祖大壽作過幾次試探性的突圍，都被金兵殺了回去。無奈之下，隻好坐困愁城，盼著援兵。
皇太極在圍困大淩河城十天後，便開始了對祖大壽的勸降工作。但祖大壽不為所動，對皇太極根本不予理采。
皇太極為了進一步消耗城中的有生力量，搞了一次假增援，祖大壽盼望援軍心切，急忙率軍出城相迎，欲前後夾攻，實現突圍，結果上了大當，被殺得大敗，損失十分慘重，祖大壽再也不敢出城應戰。
皇太極於1631年（崇禎四年）農曆十月七日和十月九日這兩天先後致書祖大壽、何可綱、副將張存仁，勸其速降。但仍遭到祖大壽的拒絕。
於是皇太極又親自寫信給祖大壽，他解釋說：“過去殺遼民確有其事，我深為懊悔，我們早就不那樣做了。至於永平屠城那是二貝勒阿敏所為，他因此也受到了嚴懲，希望你不要存此偏見。但祖大壽等還是不信。
明軍幾路救兵四次援救，都被後金軍擊敗。祖大壽的多次突圍也沒有成功。大淩河城被圍了三個月，城內的糧食吃完了就殺馬吃，馬吃沒了，就殺人相食。大淩河城百姓被充作軍糧殺儘。
1631年（崇禎四年）農曆十月初七，皇太極再次致書祖大壽，又派降將薑新赴城中麵談。祖大壽派出一位叫韓棟的將領到金營中談判。農曆十月二十五日，祖大壽最後下了決心，他邀後金將領石廷柱進城商議降金事宜，當晚祖可法、祖澤潤、劉天祿、張存仁等四人隨石廷柱一同到了金兵大營，皇太極親自迎接，四人跪倒便拜。皇太極急忙上前一步攙扶，以女真人最高貴的禮節抱腰禮相見。然後設盛宴款待，四人被請至座中。
1631年（崇禎四年）農曆十月二十八日，祖大壽殺死寧死不降的何可綱，大開城門，率眾將來到金營。皇太極與代善、莽古爾泰及眾貝勒眾大臣，一齊隆重迎接祖大壽一行。後雙方登壇發誓祭天，盟誓祭天畢，皇太極攜祖大壽手進入大帳，為祖大壽設宴慶賀。
逃回錦州
投降後的祖大壽向皇太極建言：自己妻子兒女均在錦州城裡，趁錦州不知自己已經投降，願帶一支兵馬去錦州，在城裡當內應，奪取錦州城。皇太極同意放祖大壽去錦州城。
祖大壽一回到錦州城就組織防禦，抗擊清軍。遼東巡撫丘禾嘉向朝廷參奏祖大壽率隊獻城投降，崇禎皇帝不僅沒有降罪，反而提升祖大壽為左都督，領錦州。
崇禎皇帝三次下詔，命祖大壽進京覲見，祖大壽都借故推辭，始終堅守在錦州城裡。
後金方麵，皇太極三番五次派密使前來，提醒祖大壽不要忘記以前的約定，即刻動手奪下錦州城。祖大壽以各種理由搪塞，並且多次與清兵激戰。皇太極對留在後金軍營中的祖大壽之子祖可法等人，一直以禮相待，並且頻繁給祖大壽寫信。