如此一來遼陽衛的守軍又被削弱了不少，也讓後金覆育英明天命汗：愛新覺羅·努爾哈赤，達到了第一步戰略目的。
9月19日午時，後金八旗就南下渡過了太子河，並在遼陽衛東南角紮營。
然而明遼東總鎮經略：袁應泰，因爲是個文官，因此在面對後金大軍兵臨城下之際，他並沒有憑城固守，而是和戰死沙場的明瀋陽中衛總兵：賀世賢，一樣都是選擇了主動出擊。
由此可見當時遼東明軍面對後金八旗時，首選並不是被動防禦，而是出戰迎戰。
這還與當時明軍守城火器，還不怎麼靠譜有關係？在遼瀋之戰中，遼陽衛城頭上有七門前任明遼東總鎮經略：熊廷弼，仿造的山寨版〈呂宋大銅炮〉。
但在戰爭中明軍自造的火器，包括呂宋大銅炮等表現都非常差勁，而且屢屢發生炸膛以及銃管過熱，導致無法再繼續發射等情況！根本無法依託城池來抵擋後金軍。
之前在瀋陽中衛城頭也是如此。
而相比之下，明軍的野戰輕型火炮如；迅雷炮、虎蹲炮、攻戎炮，等反而要比守城重炮還靠譜得多。
因爲這些輕型火炮被明軍長期列裝使用，而且運輸起來又方便，實戰性能非常強，續航能力也可以得到有效的保證。
所以明遼東總鎮經略：袁應泰，決定調集城內機動兵力，率領明涼州衛總兵：侯世祿、明奉集堡總兵：李秉誠、明東寧衛總兵：樑仲善、明遼陽衛總兵：姜弼、明重慶衛總兵：周世祿、明山西總鎮總兵：楊宗業、明金復海蓋兵備道副使：何廷魁、明遼陽衛監軍：崔儒秀、等大小將領統兵總計五萬餘人出城列陣。
僅留明遼東總鎮巡按：張銓，以及明定遼中衛總兵：牛維曜、明定遼左衛指揮使：胡嘉棟、明遼陽衛督餉郎中：傅國，等將官在城牆上負責指揮守軍們配合作戰。
此時後金覆育英明天命汗首先派出左翼；正白旗、正紅旗、正黃旗、正藍旗，這四旗迎戰，與明軍互相對衝了兩個回合之後，後金軍便開始潰敗撤退，明軍則緊追不捨。
但關鍵時刻後金覆育英明天命汗卻並不慌亂，他鎮定自若的指揮右翼；鑲白旗、鑲紅旗、鑲藍旗、鑲黃旗，這四旗給潰敗的後金左翼四旗讓出撤退路線。
還從兩翼側擊追來的明軍。
再加上這時後金還擁有了一個新的兵種，既～火銃手。
這支火銃手原本來自瀋陽中衛的明軍降兵以及漠南蒙古軍，但卻被後金覆育英明天命汗給活學活用，將他們編入各旗，從此讓後金八旗第一次在戰場上，有了獨立的火器兵種。
因此後金來援的軍隊並沒有直接進攻明軍，而是先用自己的火器部隊與弓箭隊，朝着追殺來的明軍，進行了一輪齊射。
畢竟以往明軍與後金軍的交戰中，從來沒有遭到過後金建制的火器部隊射擊，所以正當明軍們追殺後金左翼四旗正歡時，突然冒出來幾隊火銃手，讓明軍們大驚失色。
也讓追擊明軍們的攻勢就此被遏制。
隨後右翼四旗後金軍又乘機衝鋒，一舉打亂了明軍隊列，使得明軍們反勝爲敗，只得退回城下，依舊守城火力抵抗敵軍。
然而後金軍左右八旗還企圖乘機掩殺，打算從遼陽衛的小西門殺入城內，怎奈守城明軍和城外的明軍一起發射火器、弓箭，打得後金兵軍前進不得，至此攻城失利後金八旗再次退走。
由此後金軍第一波的進攻到此結束，後金八旗子弟們沒有取得任何壓倒性的勝利，反而與明軍互有勝負。
3月20日，後金八旗又發動了第二輪的戰鬥。
在後金覆育英明天命汗仔細觀察過地勢後，就把主攻方向換成了遼陽衛的東門，因爲這裡的護城河更容易被堵塞，因此他派遣後金右翼四旗兵推着楯車進攻。
而明軍這邊，由於在前一天的交鋒中並沒吃虧，故此明遼東總鎮經略就打算繼續用迎擊的策略，他又帶着自己的精銳家丁〈虎旅軍〉以及各部明軍們出東門列陣。
在交戰之初，明軍打得有聲有色，連續抵擋住了後金軍的三次衝擊。
但時間一長，明軍們的戰鬥意志就遠不如後金軍的持久，因此弱點就暴露了出來，再加上明軍方面配合不當！
明遼東總鎮經略在第一線陣前率領虎旅軍死戰東虜建奴，而在第二線接應的明軍騎兵們卻不聽從命令，導致在兩翼遭到後金騎兵衝擊時，明軍騎兵們沒有死戰到底，從而保護前軍（虎旅軍）的安全。
還反而稍一接戰，便亂了陣腳，慌忙之中不少明軍騎兵們，在未得到號令之前就開始往後撤退，使得不少明軍被擠掉入護城河內淹死。
偏偏在這時，城裡又出現了紕漏？
後金左翼四旗本來的任務就是要奪取城門外的壕溝，但在城內外明軍的抵抗下，使得後金左翼四旗接連受到明軍三面打擊而受阻。
不得已只能請示後金覆育英明天命汗，把目標改爲了直接進攻西門。
而西門城樓上的守軍們正在奮力據守，但在激烈的戰況中，有部分火炮以及火銃發生炸膛事故，卻引發了連鎖反應，突然間堆積的火藥庫居然也跟着爆炸起來。
隨後各城樓上窩棚內的馬料也都意外的起火了，這不免讓人聯想到了有奸細作怪？否則西門內的火藥庫和各城樓上的馬料，怎麼會突然一起着火呢？
不過放內應也算是後金軍的傳統技能了，因此見怪不怪，再加上袁總鎮經略本身心軟，又不太懂得兵法，故此難以識別奸細。
很快城頭上的爆炸聲不絕，各處守城士兵們均被炸倒不少，就連瞭望臺、窩鋪、城樓也被大火焚燒，還把最擅長使用火器的川軍士兵給全部燒死！
不久火勢又蔓延到了城內房屋，變得一發不可收拾，而這雖說是火器不靠譜引發的悲劇，畢竟之前在瀋陽中衛時，後金軍進攻西門，也是因爲大炮炸膛而引起了城頭守軍們的混亂，導致被敵人渾水摸魚。
這時城樓上面的爆炸動靜，和城外二線明軍的混亂，進一步引起了連鎖反應，導致城外堅持抵抗的明軍們也出現軍心動搖情況，意志不堅定者已開始開溜。
就在如此危急時刻，只有明遼東總鎮經略的虎旅軍奮戰不止，他們主動護住自己的主帥，還在炮火掩護下撤回城內。
然而逃回城內後，明遼東總鎮經略卻發覺事態已無法控制，城內城外的明軍都各自爲戰，與敵人打成一團，讓明軍們幾乎陷入到了混戰之中，根本組織不起來！
這時城外還有大批未來得及撤回的明軍主力，他們失去統一的指揮調度，是戰是逃全看各自的主將。
因此是時候展現忠誠的機會了！
於是明山西總鎮總兵：楊宗業、明東寧衛總兵：樑仲善、明酉陽宣撫使司僉事：冉文煥，等將領率部苦鬥敵人，最終力戰而亡，更多的明軍士兵則是一鬨而散，也不要太苛責明軍，戰場上失去指揮的部隊多半都會如此，即使到了現代也不可避免。
此刻城內已燃起了熊熊大火，後金的內應們則乘機高喊道“遼陽衛已陷！大家快逃吧！”
趁此機會，後金左翼四旗終於登上西門城樓，並沿着城牆一路進攻過去，相繼佔據了左右兩面的城牆。
就這樣後金覆育英明天命汗立即傳令後金右翼四旗不要，再繼續糾纏於城外明軍殘兵的抵抗，而是分出主力去登城支援後金左翼四旗。至此遼陽衛城破，明軍再也無力把突入都司府遼陽衛城內的後金軍給趕出去。
不過後金軍雖然佔領了西門，但卻並不意味着遼陽衛就已經全線失守，畢竟周邊可是有東寧衛、自在州、定遼中衛、定遼左衛、定遼前衛、定遼後衛，這5個衛一個州的城防與遼陽衛連接在一起。
因此城內的明軍們還一直在堅持戰鬥，抵抗了整整一夜，戰況持續到了子時初，雙方纔停戰休息。
9月21日辰時，後金軍大隊人馬已全部入城，他們整兵列陣對着城內的明軍們發起最後的進攻。
兩軍剛接戰，後金軍爲了儘快取勝，就掘開城西閘門以泄濠水，又分兵前去堵塞城東水口，待擊敗街道上的明軍時，交戰的後金軍便衝到城邊，攔截戰敗的明軍們。
以此來逼迫明軍向城外跑去，導致洪水衝來時，有的明軍被淹死、有的衝入城內被砍殺或亂箭射殺，傷亡慘重！
寅時，明遼東總鎮經略與明遼東總鎮巡按，繼續帶着將領們退守東寧衛城牆。
而明遼陽衛監司：高出、明定遼左衛指揮使：胡嘉棟、明遼陽衛督餉郎中：傅國，等將領則趁機翻城牆逃走，導致明軍人心離散。
等到後金軍再次攻城時，明遼東總鎮經略又督率明軍持盾牌大戰，卻又敗下陣來。
到了戌時，內奸漠南蒙古察哈爾部與漠南蒙古科爾沁部冒充的明軍，紛紛在城樓上面放火，讓後金軍順利從小西門進城，瞬間城內大亂！
這讓明遼東總鎮經略：袁應泰，在城樓上見此情況，覺得大勢已去無法挽回，便對明遼東總鎮巡按：張銓，嘆息道“你沒有守城的責任，趕緊逃走吧！我死在這裡便可！”
說罷他就佩戴着尚方寶劍和官印，在城東北處的鎮遠樓上拔劍自刎了，他的妻弟：姚居秀，也跟着自殺，僕人：唐世明，則抱着袁總鎮經略的屍體大哭，並放火焚燒城樓而死。
但下了城樓的明遼東總鎮巡按卻並沒逃跑，他依舊選擇了抵抗到底，最後被後金軍俘虜，後金覆育英明天命汗：愛新覺羅·努爾哈赤，見他有勇有謀，就想要招降他。
卻被一口拒絕。
關鍵時刻後金四貝勒：愛新覺羅·紅歹是（皇太極）再次出面招降，但明遼東總鎮巡按卻一心只求速死。