东南沿海的倭患虽然平息了，但北边仍然存在鞑靼的威胁，为了加强北边的防务，朝廷决定调戚继光训练边兵。隆庆元年（1567）十二月，戚继光奉命北上，到京师不久，便上《请兵破虏四事
福州戚公祠中的戚继光塑像
疏》，提出自己的边防策略。但一些官员议论不休，纷进谗 言，戚继光结果被任命为禁军神机营副将。二年（1568），由于新任蓟辽总督谭纶的推荐，戚继光被任命为总理蓟州、、辽东、保定之军务。当时坐镇蓟州的是总兵，戚继光来到后，权力不统一，诸将多不听命令。不久郭琥被调走，由戚继光单独负责蓟州防务，镇守蓟州、、山海关等处。
戚继光到蓟镇后，将全部防区划分为十二路，上面设东、西协守，分管东西各路军队。他虽然全权负责蓟州一线的防务，但练兵主张却得不到朝廷的积极支持，于是将精力主要用到了防御工事上。他将旧城墙加高加厚，并修筑了大量空心敌台。敌台修成后，戚继光又设立车营，创立各兵种协同作战的。在此期间，因北方士兵纪律散漫，荀且偷安，戚继光请求调浙兵北上，得到朝廷同意。开始只调来浙兵三千，后增到九千，最后增至二万，成为守边的主力。通过戚继光的艰苦努力，北边防务有了很大的改观。
戚继光到蓟州后不久，即根据北方的地理条件，提出了车、骑、步三军配合作战的策略。敌台修筑完毕后，戚继光便建立七座车营，分别驻守、遵化、昌平等地。每营有重车一百五十六辆，轻车二百五十六辆，步兵四千人，三千人；每车配备士兵二人，「佛朗机」炮两门。这种战车有八片可以折 叠的屏风，平时平放在车辕上，战时打开树立在一边，最边的两扇可以活动，供步兵出入。作战时，骑兵在前面阻挡敌人，战车在后面排成战斗队形；敌军逼近时，骑兵退入战车阵内，车上的士兵施放火器；火器的威力发出后，步兵从车后冲出；敌人攻势被挫后，骑兵又从车后出击。
戚继光镇守蓟州不久，俺答汗就放弃了骚扰政策，与明政府达成协议。明朝封俺答汗为王，设立互市于大同、宣府等地，俺答汗则严禁诸部入边劫掠。不过，辽东的札萨克图汗（或称土蛮）还经常攻掠边境，朵颜部的董狐狸也不时和明军发生冲突。戚继光积极防御，多次击退董狐狸的进攻，使其保证不再攻扰。万历七年（1579）冬，图们汗带领骑兵四万多人进犯，辽东总兵坚壁清野，朝廷命戚继光出兵声援，图们汗见明军准备充分，只得空手退去。
戚继光从东南抗倭到蓟州，上司胡宗宪、谭纶、、梁梦龙，以及执政大臣、高拱、张居正等人，对他的工作都比较支持。尤其是张居正，常把那些作对的官员调开，甚至免除职务，所以戚继光能久镇北边，发挥所长。万历十年（1582），张居正病死，反对派群起攻击，戚继光也受到牵连。十一年（1583），戚继光被调往广东。 十三年（1585），戚继光被朝廷罢免官职，回到家乡登州。十五年十二月初八日（1588年1月5日），戚继光突然发病，与世长辞。
戚继光半身画像
