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於是4萬關寧鐵騎到城外輪番出戰，城外的關寧鐵騎保持在2萬左右，而大順軍一共有20萬。2萬對20萬，雖然關寧鐵騎單兵作戰能力強，但敵不過大順軍人多，激戰一天損失幾千號人，但順軍傷亡則上萬。

4月21日，雙方全面開戰，城裡城外，兩軍以炮相攻，隆隆炮聲，久久不絕，而地上屍骨累積，雙方損失，都非常的大。大順軍的一些部隊甚者登上了山海關的城牆，但還是被趕了下來。4月21日晚清點人數，4萬關寧鐵騎傷亡過半。

4月22日凌晨，多爾袞到達到離山海關只有四五里的歡喜嶺，仍然按兵不動。中午，多爾袞派手下第一謀士范文程去拜見吳三桂，讓吳三桂投降。范文程是何許人，他是漢人，但對付漢人的手段空前絕後，殺袁崇煥，招降洪承疇、祖大壽，幫皇太極統一皇權，為多爾袞制定戰略方向，都起了決定性的作用。果然，他出馬，吳三桂當即表示，馬上拜謁多爾袞。

歡喜嶺上，大明帝國的英雄吳三桂面對簇擁而來的多爾袞，低下了曾經高貴的頭。吳三桂提出雙方打退大順軍以後，以黃河為界，劃江而治，共分天下，效仿當年南宋與金的舊事。

這是吳三桂最後的底線。後人多以此次會晤後，認定吳三桂已經成為漢奸，其實不然，在這裡，吳三桂提出了幾個條件，其中最重要的一條是尋找到崇禎的太子，在南京重建大明政權；然後是以黃河為界，以北歸清，以南歸大明，兩國通好，互不侵犯；這兩個條件，依然有復辟的性質，並非完全的出賣主權，說吳三桂賣國，這個說法今天看來很難成立，當此情勢，國已不國，其實這個國吳三桂賣與不賣，都不再重要。而這兩個條件，基本還是有利於明王朝殘餘勢力的，吳三桂此時用的是“曲線救國”的手段，降清之意，尚未明顯。但維護自己道德底線的用意，卻再明顯不過。

多爾袞痛快的答應了吳的要求，當然，能否兌現，他自己早已經心裡有數了。接著，多爾袞提出了他的要求，吳三桂的關寧鐵騎與大順軍裝束甲仗相似，無法辨認，恐致誤傷，要吳三桂命令其將士剃髮以相區別，並要按照滿族習俗，訂立正式盟誓。這個要求真的很過分，剃髮，不就說明是完全投降嗎，但吳三桂只能黯然接受。

吳三桂回到山海關，馬上下令：開城門。山海關的東門開了。過去，東門面對遼東方向的清軍，從來沒有這樣洞開過，如今，東門大開，多爾袞的軍隊魚貫而入，最先進關的是兩路先鋒兵，左翼是英王阿濟格，統萬餘騎兵，從北水門入；右翼是豫王多鐸，統萬餘騎兵，從南水門入。多爾袞自率主力三萬餘騎兵殿後，從關中門入。而剩餘的部隊為安全起見，仍留在駐歡喜嶺待命。

山海關城門大開，瞬間，一彪人馬已經飛馳而至，吶喊聲中，飛馳殺人石河，領頭的居然是吳三桂本人。吳家軍如同瘋了一樣，發起了第一輪強攻，李自成在高處指揮，大順軍迎頭直上，名將劉宗敏也成為馬上先鋒，領軍跑到最前面。

這是石河歷史上從來沒有過的一場血戰，在吳三桂本人的親自帶動下，吳家軍“以一當百”，大順軍同樣的勇武不可抵擋，兩軍實力相當，只頃刻間就殺得血流成河，屍堆如山，瞬間，吳家軍衝破了大順軍的右翼，開啟了一個缺口，但緊接著，如同潮水的漲退一般，大順軍又補上了這個缺口，將吳家軍殺得人仰馬翻。大順軍隊人數實在太多，殺了一批，又上來一批，有如海浪衝擊般無窮無盡，殺到片刻，關寧鐵騎死傷甚多，體力漸漸不支。

多爾袞大部分軍馬已經進駐關城，這時山海關城內已經一片混亂，直聽得殺聲震天，炮聲不斷，百姓驚惶失措，東躲西藏，戰場上的炮彈飛丸，有很多已經射進城裡，打在了民居與附近的廟堂之上，百姓一片驚慌，呼喊之聲不斷。清軍聽得這陣勢，群情激奮，戰鬥的慾望雄雄火起，不過，多爾袞自有分寸，他熟練多年兵法，當然知道“坐收漁人之利”的道理，吳三桂拼死出擊，對他來講，正好省了他的兵力，消耗了農民軍的實力，他要相機而行，以逸待勞，抓住最大好的時機。

多爾袞站在城頭，觀看大順軍已經以合圍之勢將關寧鐵騎包在中間，但吳三桂勇悍，竟然在這個情況下依然章法有度，作風頑強，多爾袞對身邊急欲出戰的諸貝勒、貝子及眾將說：“吳三桂厲害，李自成更強，你們不要著急，此時躁進，未免太早，李自成軍隊不可輕擊，須各努力，破了他們的合圍之勢，大業就會成功。”

戰鬥從上午一直打到了中午，