时任蓟辽总督的王抒不知是计，连忙调集蓟镇中部的主力部队向东驰援，加强东部关口的防守。就在中部守军兵力空虚之时，鞑靼主力突然集中兵力猛攻潘家口，一举突破了这处关隘。
鞑靼骑兵渡过滦河，直抵三屯营，随后又向西劫掠遵化、丰润、玉田、蓟州等州县，如入无人之境。他们兵分多路四处劫掠，让明军首尾不能相顾。等到王抒反应过来，调兵回援之时，鞑靼军队又转而向东，攻下了迁安等地，在一番大肆劫掠之后，从容地从潘家口退出长城。明军疲于奔命，却始终抓不住敌军主力，只能眼睁睁看着鞑靼人满载而归。这次入侵给京畿地区造成了极大破坏，暴露了蓟镇防线的致命缺陷，也让整个明朝朝野为之震动，让朝廷意识到仅凭现有兵力根本无法守住如此漫长的防线。
第四次重大战事，是洪山口之战。天启七年，后金的皇太极率军攻打宁远、锦州，却在明军的顽强防守之下兵败而归。宁锦防线让皇太极屡屡碰壁、损失惨重，于是他改变了进攻策略，选择绕开坚固的宁锦防线，借道蒙古草原，从防守相对薄弱的蓟镇长城入关，以此消耗明朝国力，掠夺人口与物资。
到了崇祯二年，皇太极率领八旗大军绕道蒙古，突然出现在蓟镇长城之外，攻打龙井关、大安口、洪山口等处关隘。这些关口原本并非防守重点，守军兵力薄弱，根本抵挡不住八旗精锐的猛攻，很快便相继失守。后金大军一路势如破竹，很快攻陷了遵化城，随后继续向西推进，接连拿下三河、通州，兵锋直指京城城下，对德胜门、广渠门、卢沟桥、永定门等城门发起猛攻，京城陷入重重危机之中。
当时后金的诸多将领纷纷向皇太极请命，要求一鼓作气攻下北京城。皇太极却认为明朝在京城周边仍有不少兵力，各地勤王兵马也在陆续赶来，此时并非夺取京城的最佳时机，于是没有强行攻城。他率领大军在京畿地区大肆劫掠之后，转而向东进发，接连攻陷香河、迁安、滦州、永平四座城池，留下兵马驻守，以此作为日后入关的据点，随后才率大军从冷口退出了长城。这次入关让后金摸清了明朝内地的虚实，也让明朝的统治危机进一步加深。
第五次重大战事，是昌平之战。崇祯九年四月，皇太极再次派遣大军南下，这次规模更胜以往，十万八旗铁骑浩浩荡荡，攻破独石口，从居庸关攻入长城之内，直奔昌平而去。昌平是明朝皇陵所在之地，地理位置十分重要，后金军攻下昌平之后，便以此为据点，分兵四处劫掠。
后金骑兵在京畿腹地肆意蹂躏，铁蹄踏遍了良乡、顺义、清河、怀柔、宝坻、房山、涿州、永清等诸多州县，所过之处百姓流离失所，城池残破不堪。从北部的怀柔、顺义，到南部的良乡、涿州，再到东部的宝坻、永清，后金骑兵纵横驰骋，明朝守军要么龟缩在城中不敢出战，要么一触即溃，根本无法组织起有效的抵抗。直到后金军队劫掠了整整五个月，将京畿之地的财富与人口掠夺殆尽之后，才带着丰厚的战利品，于当年九月从冷口退回塞外。这次入关进一步消耗了明朝的国力，也让本就拮据的朝廷财政更加雪上加霜。
当初朝廷设置蓟镇，目的并不仅仅是抵御蒙古骑兵的南下入侵，还有一层重要的考量，便是借此牵制九边中的其他边镇以及京城的京营兵力，起到防范地方叛乱、稳固中央统治的作用。九边各镇都握有重兵，若是某一处边镇的将领心生异志、起兵叛乱，便会对朝廷构成巨大威胁。蓟镇紧邻京城，手握重兵，既可以随时驰援京城，也可以对周边的宣府、大同、辽东等镇形成牵制，防止边将拥兵自重、犯上作乱。
与此同时，朝廷也考虑到其余的边镇沿着边境线一字排开，戍守的防线绵延长达数千公里，兵力分散在各个关口墩台之上，很难在战事爆发时迅速集中力量应对。因此特意设置蓟镇，将其打造为抵御蒙古入侵的预备防线，一旦某处边镇出现险情，蓟镇的兵马便可迅速驰援。同时蓟镇也能与京营的兵力互相呼应、互为补充，共同拱卫京城安全。京营是驻守京城的中央军，负责京城宿卫，但京营兵马久居内地，缺乏实战经验，战斗力有限。蓟镇边军常年驻守边境，久经战阵，战斗力较强，作为预备防线，可以在敌军兵临城下时配合京营共同守城，弥补京营战力的不足。
在蓟镇历任的统帅当中，最为著名的当属戚继光。戚继光调任蓟镇总兵之后，针对蓟镇边防的诸多弊病进行了大刀阔斧的改革。他先是对边墙进行了大规模修缮，在城墙之上修筑了上千座空心敌台，敌台之中可以驻守士兵、存放粮草兵器，极大提升了边墙的防御能力。同时，他还从浙江带来部分戚家军旧部，以此为骨干训练蓟镇守军，严明军纪，操练阵法，改良兵器，让原本军纪涣散、战斗力低下的蓟镇守军面貌焕然一新。戚继光还根据蒙古骑兵的作战特点，创造了专门的车营战术，以战车为屏障，配合步兵、骑兵与火器部队，能够有效克制蒙古骑兵的冲击。
戚继光训练出来的兵马军纪严明、战术精良，有着极强的战斗力，世人都将这支精锐部队称作“戚家军”。在戚继光镇守蓟镇的十六年间，蒙古骑兵多次南下侵扰，都被明军击退，蓟镇防线固若金汤，边境一度出现了难得的安宁局面，边境百姓得以安居乐业，这也是明朝后期北方边境最为安定的一段时期。
然而时过境迁，等到后金崛起、逐步收服了蒙古诸部之后，情况便发生了巨大的变化。