周遇吉並沒有消極防禦當晚率領四千精銳偷襲了大順軍前營，斬殺大順軍將士數千人，然後率領官軍得勝回關，劉宗敏率領大順軍鐵騎追來，遭到寧武關上明軍的炮擊使的大順軍損失慘重，劉宗敏對周遇吉恨得咬牙切齒：“周遇吉、你逃過初一還能逃過十五？咱老子要把寧武關的人斬盡殺絕。”
劉宗敏回去向李自成報告，周遇吉是塊硬骨頭，李自成也在犯愁，第一天大順軍就損失了上萬將士，這樣打下去還能打到北京城嗎？這時丞相牛金星出了一個注意，讓大順軍用車輪戰法輪戰寧武關明軍，趁守關明軍疲憊之時搶關而入。
李自成聽了大喜，下令劉宗敏親自督陣攻取寧武關，二月二十七日，大順軍以山西鎮降卒作先鋒，分成十隊人馬對寧武關輪番進攻，並組織大順軍士兵向城上喊話：“明軍投降吧！不投降五日後屠城！”
一些將領也曾勸說周遇吉改變策略，不要一味跟大順軍硬拚但被周遇吉斷然拒絕周遇吉說:“昨日一戰，殺死賊兵超過萬人你們還有什麼可怕的？這仗如果打勝了山西鎮全軍皆稱得上忠義，萬一守不住打敗了就把我綁起來獻給李自成你們就可以安然無恙了。”
時間一天天過去，寧武關上明軍眾誌成城，大順軍雖然是車輪戰法，不分晝夜的攻擊寧武關，還是在寧武關下丟了五萬多具屍體，這些死掉的人當中多是降卒，尤以山西鎮的降卒為多，可憐這些想投降大順軍活命的明軍，還是作為大順軍的炮灰死在了自己人手裏，而關上的明軍也損失很大，已經到了崩潰的臨界點。
三月初一日，劉宗敏問中軍官道：“今天是幾天啦？”
中軍官回答：“回總爺，已經過五日了，明軍還沒投降！”
劉宗敏怒道：“傳令下去，大順軍全軍攻城，今天我一定要拿下寧武關！”
中軍官答應了一聲：“是！”前去傳達總爺劉宗敏的命令。
不一會數萬大順軍一開始進攻寧武關，周遇吉指揮明軍開炮，一片一片的大順軍被殺死殺傷，戰至看中午的時候，這時明軍大炮火藥耗盡使得大順軍抬著大炮擊城關上明軍隻得以羽箭石塊回擊，形勢一下子變得岌岌可危。
明軍盼望的援兵久久不至大批大順軍可是爬上關牆，周遇吉急中生智於是在城內設下伏兵，派出弱卒誘引賊兵往城裏邊進攻，一些明軍官兵更是舞動白布，親兵向劉宗敏報告：“總爺，明軍打開城門掛出白旗，投降啦！”
劉宗敏轉怒為喜道：“好，中軍傳令，快搶占寧武關！”
中軍官答道：“是！”
大順軍蜂擁進入了寧武關，當大順軍有七八千人入關後，城上閘門突然落下，入城大順軍驚駭，明軍從四麵突然殺出，入城七八千大順軍被明軍殲滅，並且擊斃了大順軍的四員猛將，李自成有了怯意想要退兵回關中。
他手下的將領們一再堅持要戰 將領們說“：我們的兵力有他一百倍那麼多，隻要用十個對付他一個，輪流攻打，沒有不能獲勝的道理。”
劉宗敏回見李自成：“聖上、周遇吉詐降，我們上當啦！衝入城中的八千將士被殺，這回一定拿下寧武關！屠盡城中之人以解我心頭之恨。”
李自成聽取了他們的意見，說道：“劉宗敏把我們的火炮都調上去，一定要拿下寧武關！”
大順軍對再次對寧武關發起了猛攻在火炮的轟擊之下寧武關關城不斷坍塌，城牆塌了官軍不斷搶修，大順軍衝鋒，前隊戰死後隊跟進，不間斷地猛攻，大順軍有進無退，使得官軍氣力用完了，大順軍終於攻進了寧武關關城中。
周遇吉繼續指揮官軍展開巷戰，座下的戰馬倒在地上後，他徒步跳躍閃轉，親手殺死賊兵幾十個人，周遇吉身中數箭被起義軍捉住後，仍然罵不絕口，拒不低頭，誓死不屈，李自成下令將周遇吉綁在很高的木柱上用亂箭射死。