卢象升随后组织了新的围剿行动，但辽东骑兵在险要地带作战不利，加之军饷短缺，使得局面变得复杂。在此背景下，卢象升与洪承畴商议后，决定将辽东骑兵调往关中地区，以适应更广阔的战场环境。
六月，农民军攻破郧西诸县，进攻襄阳，王梦尹向卢象升求援。卢象升随即渡过淅河，南下湖广，继续追剿农民军，并对唐王府的不法行为进行了参劾。
四、镇守宣大
崇祯九年（1636年）六月，清军第四次入塞劫掠，威胁京师，史称“丙子之变”。卢象升奉调入京勤王，九月抵达京城时，清军已经撤退。卢象升随即出塞，成功解救了七千多名被俘虏的民众，并在木叶山与清军交锋后返回。鉴于卢象升在之前的军事行动中表现出色，崇祯帝决定让他取代梁廷栋，负责镇守宣府、大同一带。九月二十二日，卢象升被任命为宣大总督，兼任兵部左侍郎、都察院右佥都御史，并第二次被赐予尚方宝剑。卢象升于十月初一日在居庸关正式就任，之后驻扎在阳和（今山西阳高）。
卢象升到北方后，河南、湖广一带的农民军趁机迅速发展，但这并未影响他在宣大地区的军事部署。上任后，卢象升大力推行屯田政策，甚至亲自参与耕种以鼓励农民。在他的领导下，军屯面积达到了三十万亩，储存了二十多万石谷米，并额外储备了四万多石谷物。这些成就得到了崇祯帝的高度赞赏，他指示其他边疆重镇效仿宣府和大同的做法。
卢象升还改变了以往封疆大吏出行时清道的传统做法，选择微服巡边，直接从基层士兵那里获取关于边防的真实信息，以便做出更精准的决策。此外，他还开放了杀胡口等处的马市，从卜（土默特）、哈（喀尔喀）等蒙古部落购买战马，并试图利用这些部落的力量来牵制清朝，以增强边防实力。
崇祯十年（1637年）春天，卢象升听说宣府地区出现战警，当即在夜间骑马赶往天城。此时，各地的战报不断传来，报告称蒙古首领乞炭率领的骑兵横排四十里大举而来。卢象升判断这是大规模的入侵，并推测敌军可能是想向东侵犯云阳、晋阳，诱使宣府的明军集中于此，然后趁虚而入。据此，他命令云阳、晋阳的部队按兵不动，自己则带领部队驻扎在右卫，告诫边防官员不要轻易开战。