滿桂于是告病，請求解職，莊烈帝不同意。
崇祯元年(1628)七月，言官紛紛彈劾之臣，進而連及滿桂。
之臣被罷了官，滿桂也被召回軍府。
正好大同總兵渠家桢出了事，就讓滿桂去接替了他。
大同長期以來仗着議和放松了戰備，插部西侵，順義王就進入境内來大肆擄掠。
家桢及巡撫張翼明被判死刑，插部拿了撫賞金還不離開。
滿桂到任後，視察了八路七十二座城堡，邊防戰備得到了大力整頓，大同軍民因此才消除了恐懼心理。
第二年十月，大清兵打進京師郊區。
十一月朝廷頒诏指示各地勤王。
滿桂率領五千名騎兵進京守衛，駐紮在順義，與宣府總兵侯世祿都打了敗仗，于是奔赴都城。
莊烈帝派官前來慰勞，犒賞他們一萬兩銀子，讓他和世祿一起駐紮在德勝門。
不久，出外交戰，世祿的隊伍敗退下來，滿桂獨自向前拼殺。
城牆上邊發大炮配合他，卻誤傷了滿桂的部隊，滿桂也負了傷，莊烈帝讓他進城門外的月城中休息。
不久與袁崇煥、祖大壽一起得到召見，滿桂解開衣襟給莊烈帝看自己的傷，莊烈帝表示了深深的贊歎。
十二月初一又一次召見他們，把崇煥打入了監獄，賜給滿桂酒食，命令他總理山海關、甯遠的将士，在安定門外紮營。
滿桂勇猛敢戰。
他部下的降人有時攪擾百姓，滿桂不加懲辦。
副将申甫所率領的隊伍中有很多市民，滿桂的部隊欺負他們，夜間向他們的駐地射箭驚吓他們，射死了人。
禦史金聲報告上去，莊烈帝也不追究。
等大壽的軍隊向東逃跑後，莊烈帝就加封滿桂為武經略，統領所有過來保衛京師的部隊，賜給他尚方寶劍，催促他出兵作戰。
滿桂說：“敵兵強大，我們援兵不多，不可輕易出去打。
”宦官緊催他，滿桂迫不得已，隻好指揮黑雲龍、麻登雲、孫祖壽等大将，于十五日那天起兵營移到離永定門二裡左右的地方，樹起栅欄，等待大清兵。
大清兵從良鄉回師後，第二天拂曉，用精銳騎兵從四面八方擠壓過去，官軍的将領阻擋不住，就被打得大敗了。
滿桂和祖壽陣亡，雲龍、登雲被活捉了。
莊烈帝聽說後，極為傷心，派禮部侍郎徐光啟對他們進行了祭奠，追贈滿桂為少師，蔭封他的子孫為世襲錦衣佥事，每一代遞升三級。
朝廷賜予祭葬，讓有關部門為他修建祠堂公祭。