4月15日，清軍行至翁後，遇到吳三桂的使者攜帶求援書信來見多爾袞，信中以明朝孤臣的名義乞求清廷出兵，多爾袞回信許諾吳三桂晉封藩王，招降吳三桂。到吳三桂得知李自成親率大順軍主力迫近山海關，急忙再派手下催促清軍“速整虎旅，直入山海”。多爾袞接信知道形勢急迫，為了防止大順軍占領山海關，下令兼程前進。4月21日，清軍急行軍，日行二百里，於當晚抵達距關城十里之處紮營。此時，大順軍與吳三桂，高第所部關，遼兵正在激戰之中。

當時山海關參戰各方兵力如下：大順軍李自成，劉宗敏所率兵馬約有十萬；吳三桂，高第所部關，遼兵馬合計五萬；清軍多爾袞所統率的滿，蒙，漢兵員大約七八萬人。在這三支軍隊中，清軍戰鬥力最強；吳三桂所部是原明朝官軍中的精銳，職業軍人；大順軍是1641年後迅速擴展起來的隊伍，大部分兵員素質不如清軍，但他們是一股新興勢力，賦有朝氣和戰鬥意志，不像明朝官軍般腐敗。大順軍人數占優，具有綽綽有餘的擊破吳三桂軍的力量，但介於順，清之間的吳三桂部具有舉足輕重之第三方力量，投降大順則加持李自成的兵力，人數可達清兵一倍，山海關要隘不至於守不住，即便同清軍作戰局部失利，大順可徵調的增援兵力也遠遠大於清廷；可是吳三桂降清，雙方兵力和態勢就一邊倒傾向清方，清，吳聯軍在數量和質量上都占據了上風。

4月13日晨，大順軍由北京向山海關進發。行至三河縣遇到吳三桂派來的使者，謊稱吳三桂仍願意投降大順，請求緩師。李自成上當受騙，他派明朝降官去山海關同吳三桂談判，大軍則放慢了進軍速度。從北京到山海關原本五天可達距離，大順軍卻用了整整八天，到4月20日才抵達關西。抵達之後李自成才知道所派談判官員已被吳三桂拘押，吳三桂和高第的軍隊已在關內沿石河一線做好了應戰部署，此時，除了武力解決，沒有招降餘地了。

4月21日上午辰時（約為早上八點），山海關戰役開打。李自成為了全殲關，遼兵馬，防止吳三桂部被擊敗後引殘部出關降清，作出部署，把主力置於石河西，另派部分軍隊包抄至關內外，進攻山海關的東羅城，西羅城，北翼城。雙方激戰一晝夜，到22日上午，吳三桂軍支持不住，據守北翼城的一支吳軍向大順軍投降。吳三桂見情況危急，親率少數人馬衝出關門，請求清軍立即參戰。多爾袞率清軍21日晚駐紮在距關城十里處，22日晨進兵到離關城僅兩里的威遠台觀戰。經過幾天的使者往返和悉心考察，多爾袞對吳三桂的處境和降清誠意已經瞭然於胸。吳三桂到後多爾袞當即賜坐賜茶，勉勵嘉獎吳三桂獻山海關之功，多爾袞與吳三桂約定讓吳兵用白布纏繞手臂做記號以免被清軍誤傷，然後讓吳三桂立即回關準備接應，同時下令清軍從南水門，北水門，關中門三路進關。

清軍進關後，看到大順軍從北山至海邊排列成一字長蛇陣，多爾袞立即命令清軍沿近海處鱗次布陣，吳三桂軍排列於清軍的右邊，採取重點突破戰術。當時正值起大風，塵土飛揚，能見度低，清軍因而得以從容布陣。少頃，風停，多爾袞一聲令下，清軍呼嘯而出，萬馬奔騰，飛矢如蝗。大順軍雖然拼死抵抗，但強弱易勢，大順軍與吳三桂軍已經鏖戰一晝夜，面對以逸待勞的清軍生力軍很快就難以抵擋，陣容大亂，大將劉宗敏也負了傷。李自成在小岡阜上觀戰，看到敗局已定，急忙下令撤退。行至永平府范家店，李自成將吳三桂父吳襄處斬。26日，回到北京，又殺了吳三桂家屬三十四口。可見李自成對於吳三桂勾領清軍，叛變欺詐痛恨之極。吳三桂則在山海關戰役剛結束，就率領關，遼軍民剃髮降清，被多爾袞封為平西王。

山海關戰役是明清之際影響全國局勢發展的一場關鍵戰役，對於明朝覆滅後由大順朝廷還是清廷統治全國關係重大。戰役的結果是清廷勝利，大順軍失敗，根本原因是李自成在政策和戰略上犯了重大錯誤。山海關戰役後，大順軍的歷史使命由推翻明王朝轉為抗清鬥爭。清廷則邁出了入主中原的關鍵一步。而以吳三桂為首的漢族官紳則迅速形成了一股龐大的擁清派。（待續）