袁崇焕满心希望乘一败努尔哈赤、再败皇太极之余威，以军事上的严阵以待加上外交手段，即“以捭阖纵横之计”收回那辽东失地。（《明史纪事本末补遗》卷五，宁锦战守）为此，他不顾人们包括皇帝的看法，坚持公开和秘密地与后金汗国进行和谈。而且，他很有可能没有将和谈的详细情形，特别及时地向皇帝请示报告。显然，他和毛文龙的不同表现，在毛文龙被他杀死之后，十分有助于加深皇帝对他的疑虑，令皇帝更加相信他与皇太极之间是别有默契。此外，很难找到其他的解释。所以，大史学家谈迁评论说：“袁氏身膺不当之罚，则杀岛帅，适所以自杀也。”（《国榷》卷九十）信哉斯言。袁崇焕杀毛文龙，真的就和自杀一样啊。
促使袁崇焕最终下决心干掉毛文龙的，可能是下列两件事情：
其一，鉴于毛文龙一再在军饷问题上纠缠不清，甚至暗指袁崇焕有意克扣，袁崇焕上书皇帝，请兵部派大员为毛文龙打理军饷事宜。毛文龙又是一阵矫情，和以前连连上书反对袁崇焕为他增派精兵良将一样，如今他连连抗疏痛驳袁崇焕，反对朝廷派人为他理饷。至此，这毛文龙真的就像一根搅屎棍和滚刀肉，不但逼得努尔哈赤和皇太极父子拿他没有办法，就连袁崇焕也一样，被他逼得杀心大起，只能是杀之而后快了。
另一件事情则是件小事：袁督师到任后，其属下应按制度前来谒见。不知道袁崇焕出于什么心理，是要试试毛文龙对自己的态度，还是尊重毛文龙的功勋地位，反正在毛文龙谒见时，袁崇焕不是以上级接见下属的礼节对待毛文龙，而是待之以宾主之礼。而毛文龙这厮作为下级，居然当仁不让，大模大样地对自己的上司还之以宾客之礼。用今天的语言描述就是，毛文龙忘了自己姓什么，没有搞清楚自己是谁，没有摆正自己的位置。于是有史家认为，就是在那一刻，袁崇焕下定了除去他的决心。
大明崇祯二年、后金天聪三年（公元1629年）六月，袁崇焕以犒劳部队的名义，泛海来到双岛，邀毛文龙相会。史书记载说，二人见面后，袁崇焕对毛文龙慰问备至，二人经常宴饮到半夜。六月六日，袁崇焕以阅兵为名，在山上搭设帐篷，令甲士埋伏下来，除毛文龙身边将领之外，其余人等全部被挡在外面。
袁崇焕对毛文龙施礼曰：“您在海外担当重任，请受我一拜。”毛文龙连忙还礼。袁崇焕又询问那些将领的姓名，回答大部分都姓毛。毛文龙解释说：“这些都是我的儿孙。”袁崇焕笑着说：“你们在海外为国家效力，也请受我一拜。”众人慌忙顿首答谢。
大家落座后，袁崇焕随即指责毛文龙不法情事，毛文龙抗辩不屈。袁崇焕立命将毛文龙剥去衣冠，绑于堂下，并列举其十二款大罪，款款该杀。譬如，说他专制一方，耗费国家钱饷无数；杀难民冒功；口出狂言，说是取南京易如反掌；擅自开通马市，交通外番；部下数千人姓毛，滥予官职；抢掠商船，强夺民间女子；重金行贿京师，拜魏忠贤为义父等等。袁崇焕问他带来的那些部将，毛文龙是否该杀？那些将领惊惶失措，有的说“该杀”，有的则说毛文龙多年抗敌，没有功劳亦有苦劳，等等。
袁崇焕大义凛然训斥曰：“毛文龙以一介布衣，如今官居极品，满门富贵，国家给他的酬劳算是足够多了，为什么还要如此悖逆？”遂请出尚方宝剑，顿首请旨，曰：“臣为了整顿军纪，今天要杀掉毛文龙，诸将领中若有人想效法毛文龙，全部杀无赦。异日如果臣不能成功，请皇上用杀文龙的剑杀臣。”请旨毕，崇焕命自己带来的一位海军军官赵可怀，以尚方剑将毛文龙斩于帐前。（《明崇祯实录》卷二）随即，袁崇焕对毛文龙部将宣布：只杀毛文龙一人，其余人等无罪。
第二天，袁崇焕以大将之礼安葬毛文龙。祭奠毛文龙时，袁崇焕泪流满面，曰：“昨天杀你，是出于朝廷公义；今日哭你，是出于同僚私情。”随后，拿出十万两白银，给毛文龙的部下每人发了三两，将皮岛局势暂时稳定下来。
