与多尔衮相比，吴三桂就没有那么沉着和冷静了。他登上镇东楼、澄海楼等制高点向远望，已经看见大顺的军队集结而来的烟尘。现在要孤注一掷，打好这场仗了。当天晚上，他召集所有的将领及当地士绅，开了一个战前鼓动会。
山海关已经成为孤城，关宁铁骑处境艰难，缺饷，缺粮，百姓人心惶惶，没有办法，吴三桂一直采取 “捐输”的形式以资军备，他还把当地百姓武装起来，以资兵源。对于吴三桂来说，山海关里能够依靠除了自己的军队，还有另一只力量，那就是以余一元、朱国梓、马维熙、刘克礼、吕鸣章等为代表的山海关八大士绅，他们手中的民团也是抗击大顺军的主要抵抗力量。吴三桂自来山海关后，对诸位士绅一直以礼相待，如今危难，他们也都派上了用场。
当晚，吴三桂语气沉重的告诉大家，不管清军是否如约承诺，决战在所难免，关城守得住守不住，都不能放弃！
吴三桂多年用兵，深知决战容易，部署最难。在李自成大军的行进途中，他已经做了一个先手，玩了一手“间谍情报战”。在出关向清军请兵的同时，他另外又派出手下人高选、李友松、谭邃环、刘泰临、刘台山、董镇庵等六人作为他的代表，前去李自成军营诈降。这几个人就是吴三桂派去的间谍，也是死士，为了稳住李自成，他们在三河县与李自成的军队相遇，宣称带来了吴三桂的密令，愿意投降。李自成对此将信将疑，毕竟内心深处，他还是希望招降不希望打的，于是把这六人带到军中，一边行进一边静观其变。这六人巧舌如簧，竟骗得这位大顺皇帝放松了警惕，延缓了行军速度。这个时候的李自成智商变得很低了，他自己玩了一辈子诈降的游戏，居然没有识破吴三桂的计策；他手下众将也没有什么异议。这支军队的素质，实在令人不敢恭维。就是这么一延缓，多尔衮的军队反而抢了先手，抢先由另一面抵达了山海关。
李自成的军队在二十日抵达山海关，山海关城内，已经全民皆兵。此时李自成尚报一丝幻想，他希望可以见到吴三桂下马受降的样子，但等待的他不是吴三桂，而是箭上弦，刀出鞘的关宁铁骑，几万关宁铁骑摆开阵势，如一面屏风，将前路全部封住，大顺军刚一靠近，箭如雨下，炮声隆隆，吴三桂向他们开了火！
李自成一惊非同小可，急召六位间谍，得到的消息是他们跑了，李自成大怒，命军士速将六人擒来，这六人只有李友松比较幸运，逃了出去，其他几人全部抓获，就地正法！
与李自成不同，吴三桂已经开始布兵了，正像他给多尔衮的第二封信中所报告，他已遣精锐兵马出关城，在山海关以西，即石河西岸占据战略要地。前去的部队除了关宁铁骑的精锐外，还有当地民团组织派来的乡勇和士绅们组织的地方武装，这部分人马由当年袁崇焕手下名将朱梅之子、通判朱国梓及乡绅吕鸣章等人统领，在此前已经经过了短期训练，此时全部投入战场。吴三桂把整个山海关都调动了起来，要打这场硬仗。
李自成杀了几位诈降的使者，最后一次命人送信给吴三桂，提出招降之意，但吴三桂意已坚决，宁可玉碎，决不降贼。
事已至此，李自成知道打是唯一出路。于是，他调来山海关地图，也同样做了战略部署，兵力分为两部，一部分在主力战场打阵地战，以正面进攻为主，这个主力战场被定在了石河；而另一路，则绕到关外，从九门口出发，到一片石安营，截住吴三桂向东逃窜之路。两路战场，精锐部队由他亲率，降将唐通的部队则打另一战场。
部署完比，军队集结于石河，一场决战就要在此地拉开序幕。
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石河大战（1）
“奔流一派北山隈，乱石交冲怒若雷。剩有湍澜从海去，更无舟楫渡人来。”这首诗是明朝一个叫尚絅的人写的，诗中所写的这个“乱石交冲”“无人来渡”的地方，叫做石河，在今天山海关区燕塞湖一带。
石河发源于青龙县境内燕山余脉的群山之中，古名渝水。石河发源于今秦皇岛市青龙满族自治县，但却流经山海关。在山海关的右翼，石河冲击了一条自然形成的鸿沟，由此可由侧面进入关城。石河自古以来就是害河，经常洪水泛滥，因此形成地势上的死角，历代兵家多以此为自然屏障。
此地遍布河床，沙石堆积，但河水清澈且浅，褰裳可涉。它的下游自北面燕山山脉绵延至渤海约十余里，两岸地势开阔，是非常适合于作战的主战场。也因此争夺石河就是争夺山海关关外大门，双方都投入了主要兵力，其重视程度可见一斑。
唐通的军马先走后，李自成又命轻骑率先到一片石与唐通汇合，力图联成一线，切断吴三桂与清军的联合。二十一日晨，李自成的军队已经拉开了阵脚，向山海关进迫。
吴三桂率全部应战，乡勇协助列营排阵，战场自石河东岸龙王庙至西岸谭家坡，两军鳞次排列，对峙片刻，各自发令强攻，众将士闻得号令，轰然一声奋力冲杀，进入鏖战状态。
吴军先杀数十余人，但大顺军马上反击，双方以硬破硬，伤亡惨重。吴三桂的军队及以吕鸣章为首的山海关八大乡绅组成的民团作为主力，正面迎击。乡绅首脑吕鸣章还亲自驰骑入阵，督民饷士。战斗由早晨一直打到正午，众将士未有倦态反而战事愈加激烈，在大顺军的猛攻下，吴军阵营西北角渐渐不支，最后西北防线被突破。数千名大顺军骑兵飞奔至关城的西罗城北侧，在迅猛攻势下，城马上就要被攻破了，守御此处的吴军投降，大顺军正要进城时，突然从北坡鱼贯而下另一支军队，偷袭农民军，城上守兵倒戈反击，大顺军损失惨重，不得不退后。
李自成又命大顺军军攻打山海关北翼城，此处防守较为薄弱，但守将却极为凶悍，大顺军几番强攻，死伤惨重，但敌人居高临下，不能攻破。李自成知道此关一破，山海关就开了一个口子，于是下令猛攻，至次日晨，大顺军凭着一股狠劲，竟然直扑城下，云梯驾上，已经有人开始强行登城，在这危急关头，吴三桂拔兵支援，又将爬上城的大批农民军击落至城下。
在这次战斗中，山海关当地的乡绅发挥了极大的作用，乡绅马维熙、刘克礼、吕鸣章等十人率乡勇“总理”和“协理”东、西罗城，东罗城敌军攻势极猛，但这些乡绅居然顶住了这巨大的攻击，激战一天直至夜晚，东西罗城，竟然全都保住了。
夜晚，大顺军攻势未减，吴三桂不得不将所有兵力撤回关城。城里城外，两军以炮相攻，隆隆炮声，久久不绝，而地上尸骨累积，双方损失，都非常的大。
李自成这时也知道遇上了平生的劲敌，一个月前他由大同出发，攻下北京，一路势如破攻，但如今遭遇关宁铁骑，才发现明军这最后一支残存的力量确实非同小可。
山海关城内，吴三桂比李自成还要着急，今天的战斗，大顺军士气高涨，勇不可当，说明李自成统军治人果然深有一套，此人之能力也确实是自己生平罕见。关键的是，今天这一仗之后，吴军元气大伤，如此打下去，还能挺得几天实在是难说之极。
在这个时候，吴三桂得到的消息是，清军已经在距山海关几十里处扎营，但是却没有派兵前来支援的消息传来。他命人去清军营中请命，敦请多尔衮早日入关，多尔衮对来使颇有礼遇之态，但是并未有准确答复。吴三桂无奈，一晚上，竟然派去了八批人马前去游说。就在十几天前，吴三桂还把山海关视为命根子，但不过数天时间，他盼清军进关已经盼得眼睛都蓝了。
多尔衮原本对吴三桂借兵之事尚有几分疑惑，不过，到了今天傍晚，他的防备之心已经全部没有了。因为今天早上，他与大顺军已经有了一次小小的交锋，这次战斗是在一片石发生的。
石河大战（2）
与石河一样，一片石也是攻打山海关外城的咽喉要道。一片石又叫九门口关，位于今天河北省秦皇岛市抚宁县的九门口村，它坐落在两山对峙的九江河床上，河床上上面筑有九门长城，由铸铁榫铆连接巨石而成，在城关之上，还有一座很罕见的子母台造型的点将台。此地是长城重要关口之一，同样也是通往山海关的一道天然屏障。所以李自成才命唐通带人去那里，目的是为了截断吴三桂的后路。
在一片石，遭遇上多尔衮的是那个倒霉的唐通，他的军队与多尔衮手下大将图赖相遇，被杀得大败，唐通本人都被擒获了。这次战斗，与关内石河那一战比起来，打得无声无息，赢得无惊无险，可能李自成都不知道呢。不过，多尔衮也知道，清军既然已经开始动手了，当然不能再像以前那样静观其变了，他现在需要的是一个大乱的情势，大乱，才可以乱中取胜，一战而得天下。
至下半夜，多尔衮突然命所有兵士全线挺进，黎明时，军队到达到离山海关只有四五里的欢喜岭。
欢喜岭，又叫凄惶岭，位于山海关以东四、五里之地。据《临榆县志》记载，此地以往是出征或戍人离关必经之地，因离家乡而至塞外，故而心情“凄惶”，但到达此地的人还会有另一种与之皆然相反的情绪，那就是当地的戍人由塞外返归故乡时，同样会经过此处，登上此岭，眼望山海关近在眼前，又会有举足到家的“欢喜”。此岭有两个不同的名字和含义，但内在的东西是一样的，都反映戍人痛苦而又复杂的情绪。
多尔衮来到欢喜岭上，此时他的情绪也同样复杂两极的，一面是胜利在望的欢喜，另一面，则是对未来难以把握的迷惘。不过他明白，无论是什么样的结局，天平都会倾斜在他这一面的。
在这个已经将要大获全胜的时刻，多尔衮依然保持了一贯的冷静，临决战的时刻在空间和时间上都已经近在咫尺，但他仍然表示出一种年轻人极难出现的沉稳。他并不相信任何人，无论是吴三桂还是李自成，他命令部队驻扎欢喜岭，依然屯兵不进。在欢喜岭上，有一座威远台，原是山海关前的瞭望哨所，相传是吴三桂父子所铸，多尔衮此时登上此台，向远处望去，但见炮火隆隆，杀声震天，虽然相隔有一段距离，但仍然可预知此战的惨烈。多尔衮下令：“高张旗帜，休息士卒。”（《明季北略》）。“让他们自相残杀，我稳住不动，渔利所获最多。”这是多尔衮在此时的想法。
这时是一###四年四月二十二日的早晨，这个早晨，多尔衮的继续按兵不动，终于让吴三桂输掉了最后一张底牌。没等到中午，吴三桂的使者到了。
在很多年以后，当年的使者之一余一元写下如此的诗句：
清晨王师至，驻旌威远台。平西（三桂）召我辈，出见勿迟回。冯吕暨曹程，偕余五骑来。相随谒摄政，部伍无喧豗。范（文程）公致来意，万姓莫疑猜。煌煌十数语，王言实大哉。语毕复赐茶，还辔向城隈。（《临榆县志》）
今人看来，此诗文法欠通，辞采欠缺，也没有什么艺术感染力，但是却真实的记录了当时的情况。由此诗中我们可以得知，吴三桂已经急得火烧了眉毛，而他派去的余一元、冯祥聘、吕鸣章、曹时敏、程邱古等五位山海关士绅代表此去