浑河桥南之战，比桥北之战更加激烈。努尔哈赤督兵猛攻，明军凭借火器的威力，奋勇激战，八旗士卒在明军的攻击下，纷纷落马，积尸相枕，仅坠马者便近三千多人。但八旗士卒在强敌面前毫不怯战，一直战到明军火药用尽，两军短兵相接。明军将领陈策首先战死，童仲揆被迫杀出重围，派部将急驰辽阳求援。
袁应泰刚知道沈阳被困的时候，曾经派参将王世科统兵五千，前去增援。没有料到会碰到努尔哈赤在沈阳与辽阳之间设下的伏兵。王世科一军当即全部被歼。当童仲揆的部将请援时，袁应泰认为敌兵强大，川、浙之兵绝不能救，如果再派兵增援就会再陷重围。童仲揆的部将虽叩头流血，袁应泰也执意不肯派出援兵。巡按张铨再三劝说，袁应泰仍然不肯答应。张铨见他固执如此，气得拍案而起，可是，袁应泰最终还是没有发兵。童仲揆望援不至，再次杀出重围，准备离开战场。这时，恰巧遇到副将戚金，童仲揆在戚金劝说下，一同杀入重围，一直奋战到死。河南之战先后战死的将领有陈策、戚金、童仲揆、袁见龙、邓起龙、张名世等[20]。努尔哈赤统率八旗士卒奋勇搏战，一直杀到明兵溃不成军，除了参将周世禄率领的少数明兵突围外，全部被歼。
浑河南北之战，是辽沈战争中最激烈的一仗。这一仗对于作战双方都产生了极大的影响。大英明汗统率十万大军与川、浙六、七千士卒(系指浑河南明营兵数)进行了如此艰苦的战斗，虽然最后把明军歼灭了，但两军死伤的人数却差不多，实在是他对明战争以来所不多见的，而广大八旗士卒在战后半年多时间里还为这次战争之残酷而感到“胆寒”[21]。明廷以这次战争引为自豪，说是自从与努尔哈赤开战以来，这是“凛凛有生气”的战役，以万余人(系指浑河南北川、浙两营兵数)敢抗击数万敌人，杀敌数千，而余下的士卒还能奋战不已，“胆气尚存”，为主帅报仇[22]，使明廷上下深为振奋。
沈阳及浑河南北的争夺战结束了，大英明汗努尔哈赤进入沈阳城后，屯兵五天，论功行赏。由于浑河南北的激战，八旗士卒死伤了许多，为了安慰广大的兵将，稳定军心，努尔哈赤大行祭奠阵亡将士，把死难将士中有功的雅巴海、布哈、孙扎钦、巴颜、雅木布里、实尔泰、郎格、杜木布、达哈木布碌、旺格等一并列名祭祀，以慰亡魂[23]。
十八日，大英明汗努尔哈赤聚集众将宣布说，沈阳城已被我们占领，明军战败了。我们要统率大军乘胜前进，直捣辽阳城。当天，八旗兵分八路齐头并进，旌旗蔽空，浩浩荡荡地向辽阳进发，当晚军行到虎皮驿扎营。
辽阳城是辽东的重镇，明朝经略等官一向驻此镇守辽东。他们认为守卫辽东的根本在于坚守辽阳城。前经略熊廷弼镇守辽东时，也是坐镇辽阳，以三名总兵官在外，实行南顾北窥之策，以挽救辽沈的危局。他曾经动员辽阳军民，昼夜修城，将被海风严重侵蚀的辽阳城加固[24]。袁应泰继任以后，也坐镇辽阳。后金只要拿下辽阳城，辽河以东就全部为后金所有了。因此，浑河南北激战以后，明、金双方争夺的目标自然是辽阳城。
辽东城堡连连失陷，军民惶恐不安，辽阳以北的居民已逃走一空。到处可见后金八旗兵的足迹。辽阳城内也是人心思逃，每天城内居民欲夺门而出的连续不断，守门官兵为阻止居民外逃，一日间竟有数十百计的逃民被斩首[25]。天启皇帝得到巡按御史张铨关于辽沈战场上的形势奏告以后，急得大发雷霆地责问：辽城万分危急，在职文武各官，都负有封疆大任，为什么怠玩职守?援辽将领拥兵集结，不肯前去救应，坐视沈阳城陷，朝廷的威令又在哪里?
由于形势变化，经略袁应泰不得不调整部署，以原来守卫辽阳的总兵刘孔胤部与剩下的川兵合营，调宽甸、叆阳总兵胡嘉栋、副总兵刘光祚的青州兵相配合，两部合起来有两、三万人，共守辽阳城。又撤奉集堡、威宁营(今辽宁省本溪市高台子公社“威宁营”)兵助守。总兵官朱万良，姜弼等人，临阵退缩，观望不前，令其“立功自赎”。同时，袁应泰以家丁组成“虎旅军”助守。除了安排守城兵以外，还命令姜弼、侯世禄、朱万良等统兵在辽阳西北武靖门方向，以太子河为屏，结阵驻守，以堵截后金的八旗兵渡河。
十九日，大英明汗努尔哈赤统率大军从虎皮驿继续南进。他躲开了辽阳西北武靖门方向的明军，于当天巳时到达辽阳城东南太子河东岸。午时，全军渡过了太子河。努尔哈赤统率大军过河以后，出乎袁应泰的意料，并没有立刻包围辽阳城，而是扬言要进军山海关，直犯京师。后金兵沿着千山(在今辽阳西南)奔山海关大路而去。努尔哈赤真正的目的是把辽阳守军调出辽阳，在野战中歼灭，然后，再取辽阳城。
经略袁应泰、巡按张铨等在寅时，以炮传知全城军民，命令士卒严守城池，并亲自登城观察敌情。午时以后，看见努尔哈赤率领八旗兵置辽阳城不攻，挥军向山海关方向疾驰而去，便慌了手脚，乱了胸中的成局，急忙调来了武靖营方向驻守太子河边的朱方良、姜弼、侯世禄军到辽阳教军场集结。先命令从宽甸、叆阳调来的青州兵尾追后金军，接着又催促总兵官李秉诚、朱万良、侯世禄、梁仲善、姜弼、周世禄等将官所统领的近五万兵，在辽阳城西五里结阵为三大营。
大英明汗努尔哈赤得知明军的追兵尾随身后，大股兵力已经出城结阵，就从辽阳西南的远山，挥军反旌向辽阳奔来。努尔哈赤分兵为二，令大贝勒统率红旗军迎击宽甸、瑷阳的青州兵。这些青州将士多数不习惯于战阵，平素又互不相习，与红旗兵刚一接战，便溃不成军，直奔辽阳西门而走，红旗兵随后追杀，死伤了许多。另外七旗兵布列七队，与明三大营兵对阵。首次出战的是黄旗兵，冲击明左翼朱万良营。总兵官朱万良因为是带罪参战，不敢退缩，率兵奋力厮杀。初战，士气很盛，黄旗兵支持不住，首战败北，明军在后追杀。努尔哈赤见势危险，急令四贝勒皇太极统率白旗兵助战，与左翼朱万良的军队展开了更激烈的战斗，两军势均力敌，随后蓝旗兵也一拥而入。从午时战到傍晚。总兵官朱万良战死在疆场后，士卒四处溃散。明中营、右营兵没有积极协同左营兵抗敌。后金兵在追杀朱万良的左营兵时，中营、右营的李秉诚、姜弼、侯世禄等先后被白旗兵切断包围起来，蓝旗兵又绕出其后进行攻击，明兵终因寡不敌众，溃败而走。四贝勒皇太极率领白旗兵随后追杀六十多里，直到鞍山驿(今辽宁省鞍山市旧堡，位于辽阳西南)才收军回营。当天晚上，努尔哈赤分兵为四营，进逼辽阳城。右翼四旗兵围攻东城，左翼四旗兵围攻西城，两军在辽阳小西门首次展开了争夺战[26]。
第二天，三月二十日，经略袁应泰亲自统率虎旅军冲出平夷门(即东门)，扎营在辽阳的东山上，集结为三营，布列枪炮三层，与后金军相互攻打，以牵制努尔哈赤攻城的兵力。努尔哈赤一边部署左右各四旗兵攻城，一边不断地抽调兵力与东山明军激战。他先命令绵甲军推出战车进战，明军积极反击，炮火很猛烈，两军相持不下。努尔哈赤被迫抽调攻城的兵力，与明军进行野战。先派出红护军(即红旗兵中护卫兵、精兵，满语为Bayara，汉译为巴牙拉)二百名冲击，又令一千名白旗兵进战，部分白护军随后，不断地增加精兵冲阵，明军终于抵抗不住了。袁应泰在炮火的掩护下，随同虎旅军逃回城去，部下散兵随后溃败，许多人在奔回城过护城河时落水溺死。袁应泰与巡按大臣张铨分兵据守东西两门。大英明汗努尔哈赤率军从卯时攻城，因为辽阳绕城濠水从东向西，东门是入水口，西门是闸口。努尔哈赤命令左冀四旗莽古尔泰、阿敏、达尔汉等统兵掘开水闸放水，命令右翼皇太极等四旗兵运石运土，堵塞水口。亲自坐镇东门外指挥。这时，明军的火箭、火炮、火罐等各种火器纷纷投掷下来，有的兵卒登房跨脊放箭，矢如雨注。八旗士卒各个奋勇，冒矢冲战，激战多时，不见胜负。忽然，西门八旗左翼军来报，以开闸艰难，请求夺取护城河桥。于是，左翼军积极竖梯夺桥，右翼军猛攻东门、北门。申时，西门火药起火，烧及城上和各军窝铺、城内草场，使西城守军馈乱，八旗士卒乘机相继登城。努尔哈赤得报后，命令北门攻城的士卒急速转向西门。在这千钧一发之际，守将监军道牛维曜、高出、邢慎言、胡嘉栋、户部司官傅国等纷纷坠城逃走，西城军民即刻大乱，八旗士兵很快地占领了辽阳城的西关。努尔哈赤随后进入辽阳城，辽阳市民许多家开门，大张灯火，妇女盛饰出门迎接努尔哈赤[27]。
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