1600年，袁應泰調(diào)任河內(nèi)知縣（今河南沁陽）。河南大旱，大地龜裂，餓殍倒臥路旁，焦枯的禾苗襯著灰蒙蒙的天。沁河明明就在太行山腳下奔流，百姓卻只能眼睜睜看著河水空淌，沒有任何辦法引水灌溉。當?shù)厮麖U弛，袁應泰決心復活元代荒廢的廣濟渠，引沁水灌田。

袁應泰掏空縣衙存糧，下令：鑿一斗石，換一斗米！并且捐出自己三年俸祿約萬兩白銀，自己卻“布衣素食六年，未聞有崇肉累帛之奉”，在太行山開鑿出四十丈長的隧洞。五年寒暑，血泡疊著老繭，終于換來沁河清流穿過太行，25道堰閘如銀鏈舒展，數(shù)萬頃焦土化作稻浪翻涌的“河內(nèi)小江南”。當?shù)匕傩蘸瑴I稱他為“禹后一人”。這個水利工程灌溉田畝數(shù)萬頃，使鄰縣也受益。政績?yōu)閮珊樱ê幽稀⒑颖保┲凇?/p>

后來，袁應泰任淮徐兵備參議時，又碰上山東遭大災，餓殍遍野。別人忙著寫公文等批示，袁應泰直接開倉設粥廠，又發(fā)動災民“以工代賑”：修城墻、挖護城河、葺孔廟，讓百姓靠力氣換口飯吃。并且挪用額外稅和漕折銀，把本該上繳的稅款和漕糧折現(xiàn)的銀子，全換成救命糧。此舉很快換來一紙彈劾，皇帝判了他一個“擅移官廩”，讓他“稱病歸鄉(xiāng)”了事。

多年后，袁應泰被起用為河南右參政，以按察使身份到永平（明代屬京師北京）治水。當時后金屢次興兵攻邊，袁應泰加緊練兵并修備武器，關外所需糧草、火藥之類都能及時供應，深受經(jīng)略熊廷弼信賴。泰昌元年（1620年）九月，袁應泰被提升為右僉都御史，代周永泰巡撫遼東。十月，熊廷弼被罷官，袁應泰代理經(jīng)略。

后金努爾哈赤起兵，袁應泰接替熊廷弼，負責守遼陽。

遼陽，是明代遼東都指揮使司治所（即司令部所在地），轄遼東二十五衛(wèi)，也是遼東乃至全東北地區(qū)的政治、軍事、經(jīng)濟、文化中心。不但人口多，街道繁華，城防也最為堅固。熊廷弼和袁應泰經(jīng)營遼東，均是坐鎮(zhèn)遼陽。遼陽城多次修繕加固，城高墻厚，城外挖城壕三道。每道城壕均寬3丈，深2丈，城上環(huán)列槍炮，可謂易守難攻。

時值蒙古各部遭大災，很多災民到關內(nèi)乞討。部將勸阻：“放他們進城，必混入奸細！”袁應泰說：“我若不救，他們必將投敵；我招收他們，可增加兵員?！本拖铝钫薪?，于是來他部隊歸順的很多，這就是蒙古“夷丁”的來由。袁應泰將他們安置在遼沈兩城，這些“夷丁”暗中奸淫搶掠，居民深以為苦。于是眾人議論紛紛，認為招降“夷丁”過多，可能暗中被敵人利用，也可能間雜著敵方間諜來日為內(nèi)應，有叵測之禍。而袁應泰卻不以為然，仍然看重蒙古兵的武力值，認為用蒙古兵抵抗清兵而自鳴得意。

天啟元年（1621年）三月十二日，努爾哈赤率領大批清兵進攻沈陽?？偙儋R世賢、尤世功出城奮戰(zhàn)，敗北而回。袁應泰留張銓守城，他自己親率候世祿、李秉誠、梁仲善、朱萬良、姜弼、周世祿等各部出城列陣。努爾哈赤先派兩黃旗沖擊，袁應泰亦率明軍迎戰(zhàn)，雙方大戰(zhàn)二次，兩黃旗被擊敗潰逃，明軍則狂奔追殺。之后白旗、紅旗、藍旗各有一部出來列隊用火器齊射將明軍攻勢遏止，隨后整軍沖鋒將明軍逼回城下。

次日，蒙古“夷丁”果然作內(nèi)應，使兩員大將戰(zhàn)死?？偙訇惒摺⑼俎窀霸?，也陣亡。七日后，遼陽告急。袁應泰急調(diào)五路總兵出城迎敵，卻在野外被后金騎兵分割剿殺。敗退回城時，護城河已被放干，火光映著城頭“袁”字帥旗。

三月二十三日，小西門火起，內(nèi)應打開城門。后金兵如黑潮涌入，街頭巷尾都是刀刃砍進骨頭的悶響。袁應泰對巡按御史張銓慘然一笑：“您無守城之責，快走！我死于此矣?！鞭D(zhuǎn)身走上鎮(zhèn)遠樓，將尚方寶劍與官印佩在腰間，自縊于梁下。妻弟姚居秀隨他赴死，仆人唐世明抱尸痛哭，點火焚樓。

這個從黃土高原走出的書生，前半生像一頭勤懇的老黃牛，在河渠田壟間躬身為民謀福；后半生卻被迫披上戎裝，在遼東的寒風中扛起一座搖搖欲墜的江山，最終以自縊殉國畫下句點。

同時，以身殉國的還有：監(jiān)軍保廷魁，命妻女投井，自縊而死，監(jiān)軍崔儒秀下城與徐都司痛飲對泣，自縊而死。巡按御史張銓坐在衙門，罵賊不屈而死。

袁應泰雖然不懂軍事，更不善長計謀，以致沈陽、遼陽兩大重鎮(zhèn)失守，令明軍死傷無數(shù)。但在明朝喜宗眼里，他的忠君報國精神可嘉。于是，后來又追封袁應泰為兵部尚書。