多尔衮接信后，一眼看穿了吴三桂的如意算盘，但他们满人压根不想做什么“盟友”，只想要将吴三桂彻底绑上清军战车。
多尔衮立即召开军事会议，最终他力排众议，决定趁乱入关，他采纳范文程“剿贼吊民，入主中原”的建议，率军昼夜兼程向山海关进发。
同时对吴三桂的使者则是百般拖延，既不拒绝也不答应，寄希望坐等吴三桂陷入更危急的境地，以达到最佳买卖时机。
崇祯四月二十一日。
李自成大军抵达山海关，随即向吴三桂发出最后通牒，要求其立即投降，遭到拒绝后，李自成下令全面进攻。
山海关大战攻防图
大顺军以主力六万猛攻山海关西罗城、北翼城和东罗城。
还命唐通、白广恩部二万人在山海关北边的一片石立营，以此切断吴三桂退路和补给线。
李自成自己则坐镇中军，指挥全局，摆出志在必得之势。
初时双方激战于西罗城附近，辽镇守军诈降诱大顺军数千人抵近城垣，在城上突发火炮，大顺军死伤甚众，被迫后撤。
但随后双方进入激烈攻防战，吴三桂辽镇关宁军不敌，山海关的西罗城、北翼城接连告急，吴三桂军伤亡惨重，防线随时可能崩溃。
他再次派使者求援，多尔衮却在此时抛出“致命条件”：吴三桂必须剃发降清，否则绝不出兵。
剃发是满清的标志性习俗，对明朝士人而言身体发肤受之父母，剃发等同于背叛祖宗、放弃大明汉族身份。
多尔衮此举，就是要彻底断绝吴三桂“借兵复明”的退路，逼他从“借兵复明者”变成“降将”。
而此时进攻山海关的李自成却仍未意识到清军的威胁，或许在他心中，始终认为吴三桂只是一时冲动的反叛，只要用武力彻底击溃其军队，就能重新掌控山海关。
大顺军士兵此时已经改制，多是久经战阵的前闯营老贼改编，悍不畏死。
在北翼城，大顺军利用居高临下地形，猛攻城垣。大顺军赤膊执刀，蚁附攻城，关宁辽镇兵虽拼死抵抗，却架不住兵力悬殊，北翼城守将甚至开始考虑投降大顺军。
吴三桂在城楼上见军队节节败退，心急如焚，先后派了三批使者赶往清军大营求援，却都被多尔衮以“未剃发，难信其诚”为由挡回。
不久大顺军攻破西罗城一角，顺兵涌入城内，吴三桂紧急驰援，虽成功挡下了李自成的进攻。但自身损失惨重，这也导致让吴三桂逐渐失去了与多尔衮讨价还价的资本。
吴三桂深知再等下去就是城破人亡，他已退无可退。只能咬牙亲自突围，去清军大营“请兵”。
吴三桂带着少数亲卫，冒死冲出大顺军的包围圈，直奔清军驻地欢喜岭。
见到多尔衮后，吴三桂双膝跪地，声泪俱下：“求王爷速发大兵，救山海关燃眉之急，三桂愿率全军剃发归降，誓死效忠！”
多尔衮见吴三桂彻底屈服，当即傲慢下令：“即刻剃发，方可出兵！”
随军的清兵当场为吴三桂剃去前额头发，留起满清发式。
这一刻，吴三桂也彻底放弃了“借兵复明”的幻想，从大明平西伯变成了清军降将。
见吴三桂终于投降，多尔衮态度立刻转缓，他为争取吴三桂军死战，许诺将建宁公主嫁给其子吴应熊。
安抚吴三桂即刻回到山海关继续鏖战后，多尔衮也即刻下令清军主力出动，清军先是直进，计划先行进攻在一片石的唐通白广恩部。
一片石在山海关城北外，是李自成设置的外线阻击点，由唐通白广恩率两万马步兵驻守，目的是截断山海关补给，彻底包围山海关。
清军与唐通、白广恩部二万人遭遇于一片石，面对清军的突然出现，唐通、白广恩部虽是竭力抵抗，然不敌，两部迅速崩溃，被清军杀散。
清军在一片石得手后，快速师至山海关。
而山海关方面，自昨日开始，双方又是已激战整夜，昨夜顺军甚至又再度攻破了北翼城。
当时据守北翼城的吴军都已向李自成投降，李自成令部队全力夺罗城，指挥大顺军攻入城内。
吴三桂从多尔衮处返回后，亲自率领突击队增援，与城内守军内外夹击，这才勉强击退了已经入城的大顺军，重新夺回北翼城。
两方至此已经连续前后拉锯一日一夜，但山海关仍未能攻克。
被击出城内后，李自成无奈改变策略，他暂时放弃强攻，转而进行短暂休整，并摆开阵势布成一字长蛇阵，与山海关吴三桂对峙。
此时在山海关另一面，多尔衮为保存实力，命令八旗军放缓脚步，他还是担心这是吴三桂和李自成的圈套。
直到他派去的戈什哈登山海关查看后，回报他说关内已是遍地死伤横尸，多尔衮这才敢进一步挺近了山海关。
四月二十二日，当多尔衮带领清军大军抵达山海关东罗城外仅仅二里的地方。
此时天刚刚大亮，剃发后的吴三桂驰马再度出关，他亲自到多尔衮在关外的军营中再次请求多尔衮出兵即刻进攻顺军。
随后吴三桂开关，放清军从东罗城先行入山海关。
但入关后的多尔衮仍然在犹豫，依旧没有选择立即出城进攻瞬间，仍在犹豫徘徊。
很快多尔衮下令让吴三桂在北翼城列阵，主动进攻顺军，而自己却在关城内作壁上观，等待时机出战。
见自己已经剃发，且清军已然入关城内，吴三桂再无他法，只能出城作战。
吴军出城后与大顺军再度展开野战，从天明血战至中午，双方均疲惫不堪，阵型渐渐松散，但大顺军凭借数量优势仍占据上风。
此时多尔衮登关亲眼看见两军对杀，已知大顺军虚实，而吴三桂和顺军厮杀良久，更是被顺军重重围困在了北翼城外，吴军形势一片危急。
见时机成熟，多尔衮一声令下，阿济格和多铎各率一万精锐骑兵，乘风势突然从南翼城杀出，自海岸线方向由南往北，猛冲李自成大军侧后翼。
清军骑兵如猛虎下山，白旗在前，红甲紧随，马蹄声震彻天地，直接撞入大顺军背侧方。
大顺军完全没料到清军会突然出现，阵脚瞬间大乱。