保定大捷后，北方边防趋于稳固，但林越深知，满清之所以能屡次入关侵扰，离不开蒙古各部的支持。蒙古骑兵骁勇善战，是清军重要的军事盟友，若不切断这一外援，满清便仍有卷土重来的可能。天启九年春，林越在朝堂上提出“分化蒙古，恩威并施”的战略：“科尔沁、喀尔喀等部与满清并非铁板一块，可许以厚利拉拢；察哈尔部死心塌地投靠满清，当以武力震慑，务必让蒙古各部彻底归顺大明，断满清臂膀！”
战略既定，林越即刻派遣三路使者，携带诏书与厚礼，前往蒙古各部。第一路使者前往科尔沁部，承诺开放边境互市，减免蒙古商人关税，每年赏赐丝绸千匹、茶叶万斤；册封科尔沁部首领奥巴为“科尔沁亲王”，允许其世袭罔替，保留部落自治权。第二路使者前往喀尔喀部，除贸易特权与册封外，还承诺帮助其修建水利工程，推广高产作物，解决牧区粮食短缺问题。第三路使者则携带最后通牒，前往察哈尔部，要求林丹汗脱离满清，归顺大明，否则将出兵讨伐。
科尔沁与喀尔喀部本就对满清的压榨心存不满。满清每次征战，都需蒙古各部出兵出粮，却极少给予回报，反而时常掠夺蒙古牧区的牛羊。如今大明抛出橄榄枝，不仅有贸易之利，还有册封之荣，更承诺尊重蒙古习俗与宗教信仰，两部首领权衡利弊后，当即表示愿意归顺大明。科尔沁亲王奥巴亲自率领使团前往北京，向林越递交归顺文书，喀尔喀部也派遣使者紧随其后，达成归顺协议。
消息传至察哈尔部，林丹汗勃然大怒。他自恃有满清撑腰，又手握3万蒙古铁骑，根本不把大明的最后通牒放在眼里。“林越小儿，也敢威胁本汗！”林丹汗将大明使者驱逐出境，随即率领3万骑兵南下，侵扰大明边境，接连攻破张家口外三座堡垒，烧杀抢掠，无恶不作。
边境告急的奏报传回北京，林越下令：“孙传庭统领2万新军、1万关宁铁骑，即刻出兵张家口，务必击败察哈尔部，斩杀林丹汗，以儆效尤！”
孙传庭接旨后，迅速集结部队，向张家口进发。明军抵达张家口后，并未急于出战，而是依托地形构建防御工事，将15门轻量化红衣大炮部署于堡垒之上，同时派遣斥候打探察哈尔部的动向。
林丹汗得知明军主力抵达，亲自率领骑兵直扑张家口，企图凭借骑兵的机动性，一举冲垮明军防线。“明军不过3万人，本汗3万铁骑，定能将其踏平！”林丹汗挥舞着弯刀，下令骑兵发起冲锋。
3万蒙古骑兵如黑云压城般袭来，马蹄声震得大地颤抖。孙传庭站在堡垒之上，神色平静，待骑兵逼近至明军阵地百米之外，下令：“火炮开火！”
15门红衣大炮同时轰鸣，炮弹呼啸着飞入蒙古骑兵阵列，炸开一个个巨大的血花。蒙古骑兵成片倒下，战马受惊狂奔，阵型大乱。但林丹汗并未退缩，下令骑兵继续冲锋，想要依靠人数优势突破明军防线。
“新军轮射，骑兵待命！”孙传庭再次下令。
堡垒后的新军士兵排成三排，以轮射战术压制蒙古骑兵，子弹如雨点般射向冲锋的骑兵。蒙古骑兵虽骁勇善战，但在密集的火器面前，纷纷倒毙，冲锋的势头被死死压制。
林丹汗见状，心急如焚，亲自率领亲信骑兵冲锋在前。就在此时，孙传庭下令：“关宁铁骑，出击！”
1万关宁铁骑从堡垒两侧冲出，如两把利刃，直插蒙古骑兵侧翼。关宁铁骑将士们手持弯刀，配合背上的轻便火器，冲杀蒙古骑兵阵营。蒙古骑兵腹背受敌，军心大乱，纷纷溃散。
孙传庭指挥明军全线出击，新军与关宁铁骑协同作战，对蒙古骑兵展开围歼。林丹汗率领残部拼死突围，却被关宁铁骑将领赵烈拦住去路。赵烈手持长枪，与林丹汗激战数十回合，最终一枪刺穿林丹汗的胸膛。
察哈尔部3万骑兵，除2万余人被俘外，其余全部被斩杀。明军大获全胜，张家口之围解除。孙传庭下令将林丹汗的首级悬挂于张家口城门之上示众，消息传至蒙古各部，无不震动。
平定察哈尔部后，林越下令在蒙古设立“蒙古都护府”，管辖蒙古各部。任命科尔沁亲王奥巴为都护府都护，喀尔喀部首领为副都护，参与蒙古治理。都护府下设行政、军事、司法三司，分别负责地方治理、军事防御与司法审判，三司官员由蒙汉官员共同担任，确保治理公平公正。
为促进蒙古与中原的融合，林越推行“汉化+自治”政策。在蒙古各地设立汉语学堂，教授蒙古子弟汉语与华夏文化，同时保留蒙古传统习俗与宗教信仰，允许蒙古各部使用本民族语言，信奉藏传佛教。农桑司派遣农官前往蒙古，推广玉米、番薯等高产作物，在水草丰美的地区开辟农田，帮助蒙古牧民发展农业，解决粮食短缺问题。
边境互市的开设，成为促进蒙汉融合的重要纽带。林越下令在张家口、大同、归化等地设立10个边境互市，大明以丝绸、茶叶、瓷器、农具等商品，换取蒙古的马匹、皮毛、牛羊肉等物资。互市由官府统一管理，严禁强买强卖，确保交易公平。
张家口互市开业当日，蒙古牧民牵着马匹、驮着皮毛，从四面八方赶来；中原商人则带来了丝绸、茶叶、瓷器等商品，摆满了整个集市。“这些丝绸真漂亮，我用这匹骏马换一匹丝绸！”一位蒙古牧民指着一匹上等丝绸，对中原商人道。
中原商人笑道：“没问题！这匹骏马至少能换三匹丝绸，再送你一斤茶叶！”
双方交易成功，皆大欢喜。互市的开设，不仅让蒙古牧民获得了急需的生活物资，也让中原商人获利颇丰，更增进了蒙汉民族之间的感情。
为巩固对蒙古的统治，林越下令招募蒙古青壮年加入明军骑兵部队，给予优厚待遇。蒙古骑兵骁勇善战，熟悉草原地形，成为明军骑兵的重要组成部分。同时，在蒙古各地修建驿站与防御工事，加强对蒙古的控制，确保边境安全。
经过一系列政策的推行，蒙古各部彻底归顺大明。科尔沁、喀尔喀等部不仅按时向大明缴纳贡品，还派遣骑兵协助明军防守边境。满清失去了蒙古这一重要外援，关外局势更加孤立，再也无力组织大规模的入关侵扰。
此时的大明，北方边防稳固，西南边疆安定，江南财赋充足，新军战力强悍。林越站在紫禁城的角楼上，望着万里江山，心中感慨万千。内患已平，外援已断，接下来，便是彻底解决满清这个心腹大患，实现大明的全面复兴。北伐满清的号角，即将吹响。