同月，袁崇煥派徐璉運送火炮器械給毛文龍，趁機約定海上會晤。
毛文龍在皮島帥帳內怒罵徐璉“斷我活路”，卻還是派都司熊萬祥隨徐璉回去，商定在旅順北汛口見面。
可毛文龍隨後卻以索餉為名前往登州，引發輿論譁然；
接著又轉道寧遠，要求在督師衙門與袁崇煥會面。
袁崇煥正在出海途中，聞訊立刻馳還寧遠，此次會晤卻“一二語而別”。
毛文龍的傲慢與不恭，讓袁崇煥殺心更重。
寧遠會晤後，兩人約定再於旅順雙島細商。
崇禎二年五月二十九日，袁崇煥帶著尚方寶劍和督師印抵達雙島，諸總兵留守，只帶少數親信隨行。
六月初一日，毛文龍乘船來拜謁，袁崇煥親自到船上迎接。
笑著說：“今遼東海外，只你我二人，需同心共濟。”
毛文龍卻答：“末將在東江多年，苦於錢糧短缺，若督師能補足物資，滅金不難。”
接下來三日，兩人反覆交涉，矛盾不斷激化。
袁崇煥提出讓毛文龍受節制、更定營伍、設定道廳，毛文龍要麼痛罵前任官員，要麼顧左右而言他；
袁崇煥暗示他“辭職返鄉，歸隱西湖”，毛文龍卻直言“此處誰代得”，傲慢之色溢於言表。
六月初四日，袁崇煥頒賜賞銀給東江官兵。
又行文規定“旅順以東行毛文龍印信，旅順以西行袁崇煥印信”，毛文龍依舊置之不理。
袁崇煥知道，不能再等了。
六月初五日，雙島山上，袁崇煥設帳邀毛文龍觀兵角射。
毛文龍毫無防備，帶著幾名親信上山。
剛進帳房，參將謝尚政就帶著士兵圍了上來，刀槍出鞘。
“毛文龍，你可知罪？”
袁崇煥厲聲呵斥，隨後歷數其十二當斬之罪：
專制一方、欺君冒功、跋扈不臣、侵吞糧餉、私通島夷、擅行任免、劫掠商人、好色誨淫、虐待遼民、諂媚魏閹、掩敗為功、觀望養寇。
毛文龍拒絕認罪，東江眾將也紛紛叩頭求情。
袁崇煥不為所動，向西叩頭請皇命後，下令：“斬！”
旗牌官張國柄舉起尚方寶劍，寒光落下，毛文龍的人頭滾落在地。
袁崇煥看著地上的鮮血，對眾人說：“今日殺了毛文龍，我若不能恢復全遼，願試尚方以償其命！”
次日，袁崇煥親到毛文龍棺前焚香祭拜。
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