客套完之后，袁崇焕随即提出几件事来责问毛文龙是否算是违抗命令，毛文龙当然立刻否认。眼见此时毛文龙仍然态度蛮横，袁崇焕立刻火冒三丈，命令士兵除下他衣冠，绑了起来。毛文龙的态度倔强，自称无罪有功。紧接着，袁崇焕又说：“你有十二个罪名都足够砍头的，你知道吗？”接着便滔滔不绝数落起来：“祖制，大将在外，必命文臣监。尔专制一方，军马钱粮不受核，一当斩。人臣之罪莫大欺君，尔奏报尽欺罔，杀降人难民冒功，二当斩。人臣无将，将则必诛。尔奏有牧马登州取南京如反掌语，大逆不道，三当斩。每岁饷银数十万，不以给兵，月止散米三斗有半，侵盗军粮，四当斩。擅开马市于皮岛，私通外番，五当斩。部将数千人悉冒己姓，副将以下滥给札付千，走卒、舆夫尽金绯，六当斩。自宁远还，剽掠商船，自为盗贼，七当斩。强取民间子女，不知纪极，部下效尤，人不安室，八当斩。驱难民远窃人参，不从则饿死，岛上白骨如莽，九当斩。辇金京师，拜魏忠贤为父，塑冕旒像于岛中，十当斩。铁山之败，丧军无算，掩败为功，十一当斩。开镇八年，不能复寸土，观望养敌，十二当斩。”
直到袁崇焕数落完罪名之后，毛文龙这才晓得自己是凶多吉少了，急忙磕头求饶。但此时的袁崇焕早已决心杀他，于是转身又问毛文龙的部下：“文龙罪状当斩否？”诸将都不敢作声。过了一会儿，有人说毛文龙这些年来没有功劳也有苦劳。袁崇焕叱道：“毛文龙本来只不过是个布衣百姓，如今官居极品，满门封荫，已足够酬答他的辛劳了，为甚么他还这样悖逆？”于是向着北京叩头，宣称：“臣今天诛毛文龙以整肃军纪，诸将中若有行为如毛文龙的，也一概处决。臣如不能成功，请皇上也像诛毛文龙一样的处决臣！”当即请出尚方宝剑，将毛文龙在帐前斩决，接着对毛文龙部属谕示：“只诛毛文龙一人，其余各人一概无罪。”此时毛文龙麾下将士足有数万人，但却无一敢动。袁崇焕命人收殓毛文龙，次日开吊拜奠，说：“昨日斩你，是为了朝廷大法。今日祭你，是为了僚友私情。”
杀了毛文龙之后，袁崇焕随即将毛的部队一分为四，分别指派毛文龙的儿子毛承祚、副将陈继盛、参将徐敷奏、游击刘兴祚四人分领，紧接着又犒赏军士，尽除皮岛毛文龙的虐政。
回到宁远之后，袁崇焕立即上奏朝廷，并在最后说：“文龙大将，非臣得擅诛，谨席稿待罪。”崇祯得讯，大吃一惊，但一想反正毛文龙已经死了，目前又正倚赖袁崇焕守卫辽东，只得又优旨褒答，嘉奖他一番，紧接着又公布毛文龙的罪状，以安袁崇焕之心。
处理了这件事之后，袁崇焕担心毛文龙的部下生变，又立即增拨饷银至十八万。然而此举依然不能平息毛文龙部将心中的不服，很多人逐渐叛变投敌，其中重要的叛将有孔有德、耿仲明、尚可喜。这三人投降满清，为清朝平定中原出了很大力气，后来也都封了王。
眼见皮岛局势大变，袁崇焕只好继续上疏：“东江一镇，牵制所必资。今定两协，马军十营，步军五，岁饷银四十二万，米十三万六千。”崇祯见兵员减少后，饷银反而增加了很多，当下颇为怀疑，但一想到之前袁崇焕五年平辽的保证，只好一咬牙都一一批准了。
诛杀毛文龙，是袁崇焕主辽东军政期间的一件大事，因为按照当时的情形来论，袁崇焕没有足够的理由来杀毛文龙。一来毛文龙仗打得虽然不好，但却没有什么投敌叛国的举动，反而是屡战屡败，颇有不到黄河心不死的架势。其次，毛文龙在皮岛的所作所为虽然有罪但却并不能以这种方式斩杀，袁崇焕有尚方宝剑可先斩后奏，但事实上远在袁崇焕获得这东西之前，毛文龙就已经拥有了代表皇权的尚方宝剑。所以无论如何，袁崇焕杀毛文龙都有些说不过去。
而抛开这些不谈，诛杀毛文龙最大的问题就是，皮岛守军变成了一盘散沙，对后金部队失去了原有的牵制作用，这对前线的军事布置是非常不利的。从这点来说，袁崇焕此举确实有些莽撞，有些过于逞个人义气。在诛杀毛文龙之后不久，袁崇焕也被下狱，并最终处死，其中一条罪名就是“妄杀文龙”，如果说别的罪名是冤枉的，那这一条则确实是实实在在的。而回望袁崇焕的一生，有三件事都做得很糊涂，其一，是给魏忠贤修生祠，虽然是无奈之举，但却没有任何效果，反而留下了污点。其二，是平台召见时放了一个五年平辽的超级大炮。其三就是这次过于鲁莽地杀死了大将毛文龙。而这其中尤以杀毛文龙让人感到遗憾，因为这一把，袁公的确是出了昏招，狠得也实在是有些过分。
