京城如此萧条，李自成在山海关也不好受。
四月二十一日，李自成的大顺军抵达山海关。迅速对吴三桂军队发起攻击。
吴三桂凭借山海关坚固的城防以及关宁铁骑的勇猛，进行了坚决的战斗，拼死抵抗。
山海关下，杀声震天，鼓声雷动。双方杀的是你死我活，激烈对抗，战场一片狼藉，惨不忍睹。
山海关下有四座城，北翼城，南翼城，东罗城，西罗城。
李自成据北山，在一片石方向。唐通由北向南猛攻北翼城。双方昼夜激战，守城吴军终于挺不住了，开始献城投降，于是李自成大军压上东罗城。
这时候，吴三桂已经很明显处于弱势了，胜负的天平开始倾向于李自成。
吴三桂眼看山海关就要守不住了，清军又作壁上观，一点下场的意思也没有，于是率副将杨坤和郭云龙面见多尔衮。
“将军乃盖世英雄，我多尔衮非常佩服。不是我不救你，你得给我一个明确的态度。归降我大清，剃发易服明心志，我多尔衮才出兵。”
吴三桂无奈，已经走到这一步已经是无路可走了。
于是在清营剃了头发，留了辫子。
多尔衮决定发兵出欢喜岭，攻击李自成。
其实多尔衮率精锐骑兵早就到达了山海关，一直都在养精蓄锐。
不出手，一是等待最好时机，二是要吴三桂明确投降，不给吴三桂首鼠两端的机会。这样吴三桂才能安心给满清卖力。
回到大营，吴三桂亲自率主力攻击李自成的北山大营。
李自成等上北山小山岗指挥战斗，双方骑兵冲完，步兵冲，步兵冲完骑兵冲。杀的是天昏地暗，你死我活，横尸遍野。
激战双方从上午一直打到下午，根本无暇吃饭，可见战斗之激烈。
毕竟是大顺军士气正盛，渐渐吴军挺不住了，眼看就要败下阵来。
这时候多尔衮抓住时机，让大将图赖冲击唐通部，多铎冲击白广恩部，阿济格冲击刘宗敏部，自己率预备队压阵。
大顺军虽然就要打赢吴三桂，但是气力已经用尽，毕竟一上午没吃饭了。如何能够抵挡满清的骑兵。
要知道清军以逸待劳，没有饿肚子一说。人家一直观战，嘴可没闲着。
清军骑兵这一冲出来，明军降将唐通部首先顶不住了，开始溃败。闯军军心开始浮动。
李自成站在北山高岗之上发现奇装异服军队参战，很是惊诧。左右士兵向闯王告知。
“闯王，这些是鞑子兵，厉害的紧！”
“要不要避一下？”
此时大战正紧，如何躲避，闯王一走，大旗一动，人心就会散了。
闯王命众人死战不退，可是清军越杀越多。大顺军开始气力不支了，白广恩手下的两万火器营也开始溃散了。
只留下刘宗敏和李自成苦苦支撑，形势已经很明朗了，多尔衮和吴三桂以多打少，吃饱了的打饿肚子的。
况且满清和吴三桂都是骑兵居多，李自成是步兵居多，这些步兵经不住满清骑兵的反复冲杀，何况此时阵型早就乱了，大顺军抵挡不住，不少人已经开了小差。
双方激战中，突然一支冷箭击中闯军大将刘宗敏，刘宗敏掉下马来，血流满面。清兵数人来抢，幸好刘宗敏的亲兵拼死杀退清兵，架着刘宗敏退回军中。
消息传到李自成这里，闯王不敢恋战，拨马走下山岗，帅旗动摇。
大顺军这里大将负伤，李自成又离开中军主将的位置，大旗回撤，一瞬间全军士气开始低落，而战场多出来的满清生力军凶悍无比，大顺军崩溃，争相奔走。
大顺军这一崩溃，一退就是四十里。自相践踏死者无数，尸体遍野，连水沟里的水都染红了。
山海关之战因为满清的参战，大顺军败退！
此一战，大顺将领十五人战死，大顺军与“胁从”、民夫战死、被杀者计十数万人，并且整个步军全部战死。
然而吴三桂也不好受，五万精锐军队，一番大战下来，仅剩两万余人马。
至于满清，镶红旗满洲副都统苏喀，正黄旗佐领阿喇穆等十余名将领阵亡。全军伤亡不大。
满清捡了一个大便宜，赢得了山海关之战。
李自成这次败的彻底，大战之中还走失了朱慈炯、朱慈炤，幸好太子朱慈烺还在手中。
李自成率大军走到永平，心中仍愤恨不已，于是杀了吴三桂的老爹吴襄。
而此时的吴三桂，在山海关之战刚刚结束的时候，就被满清的多尔衮封为平西王。