十一月十七日，袁崇焕领兵扎营京城外，并带祖大寿、满桂两人面禀朱由检，请求让关宁铁骑入京师，依靠城防反击敌军，以减少士兵的伤亡。
朱由检拒绝了袁崇焕的请求，下令三人在城外御敌。
十一月二十日，修整完毕的皇太极兵分左翼和右翼两路，大举进攻京城的德胜门和广渠门。
德胜门这边，大将侯世禄的部队被皇太极的右翼大军击溃。侯世禄领残兵弃京城而逃，一直逃到居庸关。满桂的部队也遭到重创。
激战中，满桂还被京城大炮击中，差一点当场死在自己人手里。由于忌惮京师城头大炮，皇太极见好就收，并没有强硬攻城。
“城上发大炮，尽歼满桂军。”京师城头的炮兵居然向满桂开炮。可能是自己的兵不值钱吧。
广渠门这边，莽古尔泰、多尔衮、阿济格、阿巴泰、多铎、豪格等人与袁崇焕在野外激战。
袁崇焕身披重甲，身先士卒，身上中箭如猬，虽然没有受到重伤，但差一点被一名白甲骑兵一刀拿下。
“一贼轮刀砍值公，适傍有材官袁升高以刀架隔，刀相对而折，公获免。”
激战8小时，大金左翼多支劲旅被击退，二千金兵当场阵亡，士气崩溃。
莽古尔泰、多尔衮等人领残军溃逃。袁崇焕部乘胜反追，杀至十里处的运河处，又是一顿暴捶。
满蒙联军如惊弓之鸟，争抢渡河，不料“踩陷坚冰，淹死甚众”。
继宁远大战、宁锦大战之后，广渠门之战又是关宁铁骑扬名天下的一战，再次把皇太极的脸皮按在地上摩擦。
入关后，皇太极和袁崇焕的野外交手，勉强算是打平，一胜一负。遵化一战，赵率教败没；广渠门之战，皇太极的左翼大军被击败，一名蒙古贝勒和大金将领阵亡。
一天后，皇太极将战线收缩，后移至南海子扎营。袁崇焕以将士受伤较多为由，再次请求入京城疗养，再被朱由检拒绝。
几天后，皇太极和袁崇焕在南海子、左安门再续战，又是连着小败。皇太极觉得无趣，下令撤军，缓缓离开京师。至此，京城之围已解。
就在皇太极从京城撤军后，剧情就开始峰回路转了。
朱由检紧急下诏，以“议饷”之名召袁崇焕入京城。接到诏书的袁崇焕并没有起疑，带着祖大寿再次被吊着进入京师。城外，辽东将士雀跃欢呼，以为督师要被厚赏。
结果，当天宫里太监和魂飞魄散的祖大寿出来，告诉众人，朱由检已将袁崇焕下狱，待罪。
辽东将士闻言，泣不成声，随之哗变。
人人皆言：“以督师之忠，尚不能自免，我辈在此何为？”
随即，辽东将士九千余人，裹挟着祖大寿，返回辽东。
愤怒的将士们在路过山海关时，把城门都拆了。
听到这个消息，皇太极觉得天晴了，自己又行了，马上杀个回马枪，重返大夏京城。
在这种情况下，朱由检临时任命满桂为总理，领兵出城迎敌。
起初，满桂也是反对出城作战，建议依靠城防守城，但朱由检不同意。谁都不能带兵进城！
于是，满桂领四万兵出城，在永定门附近扎营，等待迎战皇太极。
十二月十六日，皇太极发起总攻。在永定门的这一仗，总理满桂、总兵孙祖寿阵亡，总兵黑云龙、麻登云被俘虏。四万将士全军覆没。
永定门惨败的消息传来，朱由检大为震惊。
这时候，崇祯帝想起来在城下击退皇太极的关宁铁骑，赶紧派人急召辽军回京勤王。
但是，朱由检有功不赏，反将袁崇焕下狱，关宁铁骑气得连山海关城门都拆了，哪里有人理会皇帝的诏书。
看情况紧急，兵部主事余大成入狱，和袁崇焕说了一句话。
“督师孤忠耿耿，只手擎辽，生死惟命，早已置之度外。天下之人，谁不服督师之忠义，而谅督师之苦心。
臣子之义，生杀惟君。苟利于国，不惜发肤。且与其死于敌手，何如死于国法？孰得孰失，请公三思。”
这番话终于让一肚子怨气的袁崇焕，平心静气下来。这个时代，生杀惟君啊，半点不由人，无可奈何。
当下，狱中的袁崇焕提笔给辽东将士们写了一封信，让他们再次入关，回京解围。
几天后，辽东将士接到了袁崇焕的亲笔信，失声痛哭。当即，祖大寿率关宁铁骑二次入关。
辽军的归来，加上马世龙等各路勤王兵马陆续到来，皇太极便又撤兵。他不敢再浪了。
实际上，皇太极的这次行动，大金很多人是持反对意见的。大金一些贝勒曾劝说，“我兵深入敌境，劳师袭远，若不获攻入边，则何以为归计？”
临走时，皇太极再布了一个局，留下阿敏大贝勒，驻守滦州、迁安、永平、遵化四城。
后来，祖大寿会同马世龙等人先后收复四城，其中祖大寿收复滦州，辽将何可纲收复永平，辽将靳国臣收复迁安，四城中有三城是辽东将士收复的。
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