崇禎四年即天聰五年（1631年）七月二十七日，皇太極派兵從瀋陽出發，向大淩河城進軍。此時明大淩河城駐軍，有官兵1。4萬人，伕役商民約1萬多人，全城共計約有3萬餘人。守將祖大壽所部皆精銳，配備大炮，防守甚堅。但該城動工興建時間較短，雉堞僅修完一半，城中糧秣儲備不足，後金大軍驟至，倉促閉門御守。

八月初六日，後金軍分兩路：一路由貝勒德格類、嶽託、阿濟格等率兵2萬，經義州，屯駐於錦州與大淩河之間；一路由皇太極親率主力，經白土廠（場），趨廣寧大道，兵臨大淩河城下。同時，將新鑄40位紅衣大炮運往大淩河。

半年之前，即天聰五年（1631年）正月，後金仿造明朝從西洋引進的紅夷大炮，第一批共40門，在瀋陽造成，皇太極定名號為“天祐助威大將軍”，並將紅夷大炮改稱“紅衣大炮”。滿洲從此開始造炮。

皇太極鑑於寧遠、錦州攻城失敗的慘痛教訓，不再馳騎攻堅，而是施行“圍城打援”的作戰方略：“攻城恐士卒被傷，不若掘壕築牆以圍之。彼兵若出，我則與戰；外援若至，我則迎擊。”（《清太宗實錄》卷九）

皇太極命環繞大淩河城四面掘壕築牆：第一道，掘壕深寬各丈許，壕外築牆，高丈許，牆上加以垛口；第二道，在牆內距五丈餘地掘壕，寬五尺，深七尺五寸，壕上鋪秣秸，覆土；第三道，在各旗營外周圍挖掘深寬各五尺的攔馬小壕。層層包圍，嚴密佈防，大淩河城與外界完全隔絕。

在這種情況下，祖大壽不肯束手待斃，於是組織突圍。皇太極率軍四面包圍大淩河城，部署兩黃旗在北面，兩藍旗在南面，兩白旗在東面，兩紅旗在西面。南城的戰鬥打得最激烈，為什麼呢？因祖大壽企圖從南面突圍，以回錦州；明朝援軍也是從南面來增援。皇太極派他的哥哥莽古爾泰，還有濟爾哈朗守南城。因部眾損失最大，莽古爾泰大發牢騷，請求皇太極予以調換。皇太極很不高興，莽古爾泰也非常生氣，竟然衝著皇太極就要拔刀，後被眾貝勒制止。事後莽古爾泰也覺得失禮，晚上來到皇太極大營，以白天飲酒過量狂言失態向皇太極請罪，遭到拒絕。不久，皇太極藉故把莽古爾泰囚禁起來，後來莽古爾泰暴死。這樣，“四大貝勒”就少了一個。

從八月初十日到九月十九日，祖大壽先後組織了四次突圍，均失敗。同時，後金軍用紅衣大炮轟擊大淩河城，摧毀城上雉堞、敵樓。祖大壽閉門待援，不再突圍。這時，大淩河城已經被圍困一個多月了。

大淩河的緊急軍報，報到錦州。大學士、督師孫承宗抱病馳赴錦州，派遣團練總兵吳襄、山海總兵宋偉與遼東巡撫丘禾嘉合兵前往救援大淩河城。而後金軍在圍困大淩河城的同時，早已分兵設伏，阻截援兵。明軍曾四次救援，後金軍則四次打援。在大淩河城外，增援與打援，雙方戰鬥，異常激烈。其中，戰鬥規模最大的、最激烈的是第四次。

九月二十四日，明軍第四次增援大淩河城。明太僕寺卿、監軍張春，山海總兵宋偉，團練總兵吳襄，率4萬多馬步兵，由錦州城出發，往援大淩河城。二十七日，兩軍接觸，明總兵宋偉、吳襄見後金軍不戰而退，以為怯懦，更由於急著增援，於是命令四更起營，直趨大淩河。兩軍交戰，“火器齊發，聲震天地，鉛子如雹，矢下如雨”。後金軍縱騎衝鋒，前鋒兵多死傷。宋偉與吳襄不能配合，各自為戰。皇太極指揮左翼軍逼攻吳襄大營；並以佟養性炮兵發大炮，放火箭，轟擊其營。吳襄營毀，失利先走。宋偉營勢孤。後金右翼軍來攻，衝入宋偉軍營壘，明軍遂敗，兵潰逃遁。後金軍預設伏兵，截住吳襄軍與宋偉軍的歸路，明4萬援軍盡被殲滅。監軍張春、副將張弘謨等33人被擒。

皇太極打敗明援軍後，集中心思，加緊逼誘，逼迫祖大壽投降。三、大壽降清

皇太極發動大淩河之戰的目的是：招降祖大壽，摧毀大淩河城。後金打敗明增援大淩河城的4萬大軍，為實現其上述目標準備了重要條件。

皇太極從八月十一日開始，先後五次發出招降書，勸祖大壽投降，都遭到祖大壽拒絕。他說：“爾不必再來，我寧死於此城，不降也！”（《清太宗實錄》卷十）

大淩河城中的軍民，從八月初六日被圍，到十一月初九日皇太極進城，其間被圍三個多月。本來，大淩河城正在築城之中，並未正式部署固守，城中糧秣、柴薪、槍械、火藥等，都沒有做長期儲存準備。因此，大淩河城內的官兵、伕役、商人、軍馬等，碰到的最大困難是糧秣與柴薪奇缺。

祖大壽的解決辦法