耿仲明帶領的大明水師陸戰部隊八千餘人與朝鮮過來的總兵曾雲帶領鐵山萬餘人會師，深入東虜內腹，襲擾城池，焚毀村莊，於十八日攻占清河堡，威脅沈陽。
東虜盛京留守，接到皇太極的命令，原本派遣五萬人馬救援，但因這支部隊依然進入後金境內，為保盛京之安，隻派遣二萬人馬援助皇太極，其餘部隊堅守沈陽，得知東虜隻派遣二萬人馬救援皇太極，耿仲明與曾雲二人商議，繞過沈陽，西進至西平堡，準備收複廣寧城，繼而斷絕皇太極之後路。
十八日，明山海關總兵滿桂率援兵往錦州，過蓮山，到爪擊山，與尤世祿、祖大壽之兵回合，接獲情報得知，皇太極命貝勒阿濟格、薩哈廉、豪格率偏師萬餘人，往衛塔山運糧，決定阻擊。
雙方於二十日在錦州城北八十裏處相遇，這是一支戰鬥力強的騎兵部隊，滿桂認為自己這裏有近八萬人馬，當可擊之，祖大壽力勸緩行，謹慎撤退至丘陵一帶。
東虜亦小心跟隨，待進入陣地後，雙方發起遭遇戰，滿桂、尤世祿、祖大壽、曹文詔等將領奮勇殺敵。內外夾攻，拚力攻擊，並組織督戰隊嚴防士卒怯敵脫逃，大明將士同心協力，敢上拚殺，與東虜部隊戰個不分上下，兩軍交鋒，各有死傷。
二十三日，馬古達率軍趕到，滿桂等人見敵增援近二萬餘人蒙古騎兵，自料大明部隊不敵，便下令撤退寧遠城方向，東虜害怕有計，加之恐皇太極被圍，不再追擊，前往錦州城下，是役，雖未殺退敵軍，但成功焚毀糧草，讓皇太極無糧草為繼。
二十四日，袁崇煥接獲各地部隊抵達預定地點的彙報，派出四支部隊，總計十三萬人馬，前往錦州，圍攻皇太極，此時皇太極才知道自己已經被包圍了，盛京之處亦有兵馬，恐乃自己被圍，被大明軍隊殲滅，心存撤退之意，但此時已晚。
二十五日，四路人馬已然圍住了皇太極所率之六萬人馬，雙方一場浩大的決戰即將進行。
明軍整備火器備戰，外圍，布列車營，挖掘壕溝，布置工事。
二十六日，黎明，東虜兵分成九路，攻擊明軍防線，於灰山、窟窿山、首山、岐山、方山等處，明軍滿桂、尤世祿、祖大壽、曹文詔、李偉昌、副總兵童淵、王繼等親自披掛上陣，排列槍炮，嚴陣以待。
皇太極令貝勒阿濟格、大貝勒代善、二貝勒阿敏、三貝勒莽古爾泰、大將馬古達等分頭進攻，自己率領諸將、侍衛、護軍等壓陣，令下，幾萬東虜騎兵衝向明軍，衝車陣，攻步卒，炮聲轟轟，箭簇橫飛，短兵相接，頗有殺傷。
明遼騎兵與東虜蒙古騎兵接戰，在錦州城外開始激戰，金戈鐵馬，血雨飛濺，人仰馬翻，慘叫聲馬嘶聲混雜一起。
城下騎兵接戰，城上火炮轟擊，東虜則以強弓為遠射大力殺傷明軍部隊，遼軍對東虜步卒已重創，東虜卻盡毀明軍之車營。
明總兵官滿桂身中數箭，坐騎被創，尤世祿左臂、下腹受到重創，祖大壽坐騎被射死，隻得下馬步戰，東虜貝勒濟爾哈朗、薩哈廉、瓦克達俱都受傷。
激戰中，東虜兵死於炮火之中，明官兵倒於刀箭之下，橫屍野外，屍積如山，從早晨激戰下午，明兵死戰不退，有好幾次都差點擊破了明軍的包圍線，後金傷亡重大，死傷數千人，屍橫滿地。
東虜貝勒濟爾哈朗、大貝勒代善重傷，代善第三子薩哈廉、瓦克達陣亡，遊擊覺羅拜山、備禦巴希被大炮炸死，蒙古正白旗牛錄額真博博圖被射死。
皇太極見如此損失，擔心自己也將斃命此地，下令集中兵力突圍，令馬古達、莽古爾泰率領蒙古騎兵全力攻擊尤世祿所在之處，這處兵力較為薄弱，經過一上午的戰鬥士兵們已經疲累不堪，戰力下降許多。
皇太極及時察覺到戰場的變化，發現明軍包圍圈的結合部，不甚牢靠，便親自率軍攻擊結合部，很快結合部已經抵擋不住，袁崇煥見此情景急令滿桂、祖大壽等部前去救援，怎奈東虜部隊為保大汗，個個悍不畏死，奮勇爭先，士氣狂振，明軍抵擋不住，紛紛後退。
到了傍晚，皇太極率領剩餘的部隊三萬餘人突出了重圍往北循去，滿桂等人詢問是否追趕，袁崇煥見自己苦心經營的戰役，盡然未能奏效，仰天長歎，下令打掃戰場，不予追擊。