在北京城下遭受重创后，皇太极对袁崇焕又忌又恨，他深知不除掉袁崇焕，自己进军中原的宏愿将很难实现，于是他利用崇祯皇帝生性多疑而又刚愎自用的性格特点，重施反间计，想借助崇祯之手除掉袁崇焕。他让人散布袁崇焕引兵深入，其实是为了和后金结城下之盟的谣言。崇祯对此起了很大疑心。这时皇太极又使出了极其恶毒的一招。据蒋良骥《东华录》记载，“先是(后金)获明太监二人，监守之。至是副将高鸿中、参将鲍承先遵赏密计，坐近二太监，故作耳语云:‘今日撤兵，计也，顷上车骑向敌，有二人来见，语良久乃去，意袁巡抚有密约，事可立就。’时杨太监者，详卧窃听。庚戌，纵之归。”杨太监回去后，将袁崇焕与后金“密约”一事告与崇祯皇帝，崇祯深信不疑，以擅杀大将、勾引敌方来胁迫朝廷求和、谋叛欺君的“莫须有”罪名，将袁崇焕凌迟处死。
袁崇焕墓
袁崇焕的悲惨遭遇并没有博得满朝权贵的同情，他们嫉妒袁祟焕，因为袁崇焕功高盖过他们。相反，“凌迟袁贼”的呼声从平民百姓喊到朝廷百官，直至响彻云端。最终，袁崇焕被杀，死得十分惨烈。观看行刑的百姓纷纷掏出钱递给刽子手，然后争着将一片片凌迟的肉生啖。袁被害后暴骨尸野，乡人因为害怕惹祸上身，都不敢过问。他那血肉模糊的头颅，被悬挂在高秆上示众。后来袁崇焕部下中有一位姓佘的谋士冒死把他的头颅盗了出来，掩埋于自家后院，从此与家人隐姓埋名，世代为袁崇焕守灵，整整155年。
直到清乾隆年间，乾隆偶尔读到明史，感于其冤，决定为其平反，袁崇焕冤案才最终得以平反昭雪，真相大白于天下。乾隆四十九年(公元1784年)，乾隆下诏为袁崇焕平反。《清高宗实录》载:“袁崇焕督师蓟辽，虽与我朝为难，但尚能忠于所事，彼时主暗政昏，不能罄其忱悃，以致身罹重辟，深可悯恻。”自此，袁崇焕的冤屈才得以昭雪，后人给予其很高的评价。金庸先生在《碧血剑》后所附的《袁崇焕评传》中，认为袁崇焕是一个古希腊式的悲剧英雄，大才豪气，笼盖当世，在天昏地暗的乱世中力挽狂澜，支大厦于将倾之时。他的冤屈既然早已昭雪，功过自已分明，无须后人多争论。