后金军先发神威铳能炮轰炸，再派科尔沁骑兵及正红旗从西面突击、正黄旗从旁冲杀，两支后金军边杀边进打到城下时，城上的京军三大营、南北镇抚司锦衣卫、振武卫、金吾卫，等纷纷举死三眼神铳、鸟铳、拐子铳、掣电铳、迅雷铳，又发野战重炮、大连珠炮、霹雳炮、青铜弗朗基炮、红衣大炮轰炸后金蒙古联军。
之后明宣府总兵首先兵败退出战斗，只剩下明大同总兵率军独自拼杀，城上神机营明军开炮配合因硝烟太大而大同明军又距离后金兵比较很近导致误伤了许多明军！关键时刻关宁军突然用弓箭袭击大同明军，害得明大同总兵身中20箭、刀伤16条但依旧顽强的打退后金军进攻。
此事被明毅宗得知后急忙下令撤回明大同总兵，让他在城外的关帝庙内休息，接着广渠门外也发生了激战，后金三贝勒爱新觉罗·莽古尔泰，率左翼四旗及内喀尔喀兵2千人进攻关宁铁骑，明宁远卫总兵率7千关宁铁骑在沙窝门外，野战4万后金军及漠南蒙古内喀尔喀2千兵，激战四个时辰转战10余里之后明宁远卫总兵撤军？（被很多京军怀疑？）。
同时京营三大营又继续炮轰后金蒙古联军直到退去，袁崇焕才与明宁远卫标统带2千关宁铁骑赶到合兵9千抗击后金，就遭遇到后金骑射手箭阵袭击，9千关宁铁骑则先发火铳还击在冲锋砍杀打败了内喀尔喀军队。
次日京军三大营打开德胜门的瓮城放大同明军入城休养，之后第二批的后金军就迎战关宁铁骑，一交战关宁军很快就败下阵来？部分关宁军游过护城河请求入城，但被城上的军民扔滚石砸跑，京军三大营与明松山游击刘应国，合力打败追击到京畿护城河的后金军，又与勤王明军们追击后金军到通州河，由于后金军急于过河导致冰碎淹死5千人此战京军三大营胜利。
而亲率后金劲旅的多罗饶余贝勒爱新觉罗·阿巴泰、武英郡王爱新觉罗·阿济格、固山贝子爱新觉罗·思格尔，三部军队兵败，皇太极连忙让贝勒召开会议检讨，其中七哥阿巴泰被按军律削爵。
只见皇太极说道“女真语阿巴泰在战前为了救儿子才没按预定计划作战，并不是怕战！本汗怎么可以定亲哥哥的罪呢？”
同时京军三大营又派出5百神机营携带红衣火炮手，悄悄潜往海子在皇太极军营四面开炮使得后金军大乱，皇太极考虑到明军勤王军队越来越多而且后金军也抢劫够了，就移营出海子但被明大同总兵追杀，不幸的是中了后金军反扑阵亡！到此崇祯京师保卫战，结束明军取得了全面胜利。