清太宗正为清军连续受挫而焦急，及至得到洪承畴率大军援锦的消息，心急如焚，便倾国中之兵，亲临前线指挥。疾驰六昼夜，于七月十九日到达松山附近的戚家堡。他察看地势后，当机立断，指挥精兵从王宝山、壮镇台、寨儿山、长岭山、刘喜屯、向阴屯、灰窑山，至南海口一线下营，并指令将士就地挖壕，仅一天工夫，就掘壕三重，每道壕深八尺，宽丈余，“断绝松山要路”，顿时切断了明军饷道，将明八镇兵围于松山城附近。【《明清史料》乙编第4本，327页。】清太宗为防明兵突围逃脱，派兵围杏山，使明溃兵不得入城。自塔山南至海边，北至山岭，以及宁远北的连山，“一切去路，俱遣兵邀截，又分兵各路截守”【《清太宗实录》，卷57，31页。】。清太宗这一番部署，已把明军置于全歼的绝境。
洪承畴发现清兵掘壕断饷道，颇感惊慌，当天（十九日）晚上，召集各镇总兵官紧急会商破敌之策。最后，决定明天与清兵交战，以突破其围困。
二十日，各镇兵一齐出动，与清兵大战，激战一天，胜负未分，明兵仍然没有闯出包围。
二十一日，各镇步骑兵再次发动进攻。但是，清兵拼命拦截，明兵“终不能闯壕”。【《明清史料》乙编第4本，327页。】
当时，明兵只携三日行粮，眼见饷道被断，粮食吃尽，人心惶惶。在这种紧迫的形势下，洪承畴别无选择，只有同清兵速战，才能摆脱困境。八月二十一日晚，他召集八大将，决定作战方略，要求他们：“各敕励本部力斗，予身执桴鼓以从事，解围在此一举。”但诸将忧虑粮饷不足，主张暂回宁远补充给养，以图再战。议论纷纷，未有结果。兵部尚书陈新甲派来的心腹张若麒支持诸将回宁远取粮饷的意见。这实际上是撤军，“大敌当前，岂有退师就饷之理”！一下子便涣散了将士的斗志。洪承畴深知闯出包围实非易事，但还是鼓励说：“虽粮尽被围，应明告吏卒：守亦死，不战亦死，如战或可死中求生，不佞决意孤注，明日望诸君悉力。”【《国榷》，卷97，5904页，参见《明史纪事本末补遗》，卷5，1488页。】
会议结束时，天已经黑了。洪承畴把诸将送走，各自回营作突围的准备。
吴三桂颇有心术，回营即与将士商量突围办法。有一新降的蒙古人献计说：“敌兵诡计极多，小路必严兵堵截，大路当设备稍宽，宜从大路。”看来这位久居清政权中的蒙古人十分熟悉清用兵的特点，这就是中国兵书上所说的：实者虚之；虚者实之。人们一般心理，以为在大路上必设重兵，而小路不会设兵或少设兵。清太宗恰是利用人们的这一心理，反其道而行之，在不引人注意的小路或地方埋伏重兵。吴三桂做出了正确的判断，用蒙古降人之计，决定从大路突围。【无名氏撰：《吴三桂纪略》，载《辛巳丛编》】正在这时，忽听明兵各营人马嘈杂，打破了夜空的沉寂，火把晃动，构成了零乱的颗颗光点。原来，怯懦的大同总兵王朴为保全性命，不顾军令，回营便率本部人马首先乘夜突围逃跑。其他各镇总兵官一看形势不好，谁也不愿被消灭，惟恐落后，仓皇争先拔营，顿时一片混乱。三桂既不想尽节，也不想束手待毙，一听各营要逃，亦不怠慢，当即传令本部人马起行，直奔大路杀出。
清太宗料到明兵粮绝，很可能乘夜逃跑，早作了截击的准备。黑夜中，明兵“且战且闯，各兵散乱，黑夜难认”，不辨方向，互相拥挤，自相践踏。当突进至壕边，遭到严阵以待的清兵的迎头截砍，死伤累累，而掉进壕堑里的不计其数。【《明清史料》乙编第4本，327页。】大批明兵无法突围，被压缩到南海边，适遇涨潮，都让无情的潮水席卷而去。
吴三桂从大路杀出，直奔杏山城。果如所料，清太宗布置兵力，大都在小路邀集明兵，而大路兵力不多，只有他与文武随从三四百人守卫营帐。虽然盛设旌旗、帐幙，却无重要将领。清太宗见吴兵来势凶猛，无力狙截，下令说：“归兵莫遇，纵之可也。”还赞叹：“吴三桂果是汉子！得此人归降，天下唾手可得矣。”【《吴三桂纪略》】据清朝官方记载，清太宗埋伏在杏山路的兵，是蒙古固山额真库鲁克达尔汉阿赖和察哈尔毛海各率所部拦击逃向杏山的明兵。命他们不许远追。【《清太宗实录》，卷56，23页。】
清太宗任命的这两员并不重要的将领和少量兵力不足以抵挡吴兵，三桂乘其虚，终于闯过拦击，奔入杏山城。在逃跑中，自顾逃命，连印信也顾不得拿，为清军所得，显见惊慌到何等程度！【《清太宗实录》，卷60，6页。】先逃的王朴也逃来此城。其他将领如唐通、马科、白广恩、李辅明等相继逃出重围。鼓吹决战的张若麒等临战惊慌，逃至小凌河口，从海上驾舟逃向宁远去了。曹变蛟、王廷臣突围不成，退回松山城，与洪承畴固守。
清太宗继续部署兵力聚歼明残兵余众。八月二十四日，他命内大臣宗室锡翰、国戚多尔济两员骁将率济席哈、车尔布、巴兰及精兵250人、蒙古翁牛特、四子部落都尔拜率兵250，分别埋伏于杏山明兵逃走必经之地的高桥（锦州西南、属锦西县）大路和桑噶尔寨堡，另派甲喇率京隋荪、格尔泰、郎球等战将率三旗精锐护军150人协助堵截三桂兵。太宗所派满蒙八旗兵数量不多，但皆多精锐，其将领也都是骁将，足以击败已成惊弓之鸟的明残兵败将。当天，杏山明兵1000人自城中逃出，遇到清伏兵，迎头痛击，明兵死伤甚多。太宗闻讯，亲自赶到高桥东，指授方略。指示如明兵自杏山逃出，尾随追击，不得使明兵入城。为加强兵力，又派多罗贝勒罗洛宏、固山贝子博洛、内大臣图尔格等以每旗精兵20名及正白旗护军、翁牛特兵、锡翰、多尔济兵，统由善战的名将多罗贝勒多铎指挥，继续设伏以待杏山明逃兵。
吴三桂、王朴已感到杏山岌岌可危，不宜久留，便于二十六日率部出城逃跑。埋伏杏山西的清兵立即迎战，将明兵截入大路追击。三桂与王朴“且战且退”【《明清史料》乙编第4本，328页。】，向高桥逃去。清将多铎一声号令，伏兵四起，迎面截住，而后面清兵紧追不舍。三桂、王朴与明兵手足无措，无心恋战，急欲夺路逃跑。清兵奋力攻击，明兵大败，四处溃逃。清兵边追边攻击，到傍晚，已将桑噶尔寨至海一线列兵固守，严密封锁。三桂、王朴率残部乘夜逃跑，兵士死伤殆尽，三桂与王朴以个人的高超的武功，拼着性命侥幸冲出重重堵截，仅以身免，逃到了宁远。【《清太宗实录》，卷57，27~29页。】。据宁前道石凤台向朝廷密报：三桂的“兵丁尚多，还能整搠兵马，誓拯封疆”。【《明清史料》乙编第4本，328页。】
三桂等逃离杏山后，城里还有数千明兵，他们已成惊弓之鸟，或千人，或数百，或几十人，分股逃窜，都被埋伏的清兵所歼灭。【《清太宗实录》，卷57，29页。】
这次空前规模的大会战，短短几天，清兵大获全胜，歼灭明兵53
783人，获马7440余匹、骆驼66峰、甲胄9346副，而被海水淹死的明兵“浮尸漂荡，多如雁鹜”【《清太宗实录》，卷57，29页。】。其余溃兵散勇，都逃向了宁远，被三桂收留起来。由于明兵惨败，松山、锦州、塔山、杏山四城连失，明辽东骁将祖大寿举城投降，致使“九塞之精锐，中国之粮刍，尽付一掷，竟莫能续御，而庙社以墟矣！”【《国榷》，卷97，5905页。】此役之严重后果，已直接危及大明江山之安危。明朝连失关外四城，已使稳固的宁锦防线处于瓦解之中。朝廷得此消息，“京师大震”。按例，朝廷要追究丧地之责。三桂同其他各镇将不能逃脱责任。但出乎意料的是，大约在八月末，崇祯却给三桂加升提督职衔，指示他“收残转败”，把各镇残兵败卒总归三桂收拾集中，“上紧整顿，徐图再举”【《明清史料》乙编第4本，328~329页。】。祖泽溥等“首请大彰法纪，以振肃将来”【《明清史料》乙编第4本，360页。】。