这是场极其残酷的战斗！
战斗首先在石河西（今山海关区燕塞湖一带）打响。
双方拼死恶战，连杀数十余阵后，大顺军又发动突袭，冲入吴三桂部将营内，其于诸将急率兵解救，又将大顺军击退。配合吴部作战的乡勇也表现的极为英勇，向大顺军发起一次又一次的冲锋，生员谭有养、刘以祯更是率部冲入大顺军阵中，在杀伤大量敌军后，自己也战死。
战斗从早晨开始，一直打到中午，此时吴三桂部及乡勇渐渐有些抵挡不住，西北防线首先被大顺军突破。数千名大顺军骑兵杀至西罗城北侧，正准备登城时，此处的守将命部下打白旗诈降，暗中命自己的副将率部从北坡冲下，偷袭大顺军，同时城上守军利用手边所能利用的一切物什，向城下抛击，大顺军伤亡惨重，被迫撤退。
在与吴三桂部大战石河西时，李自成又指挥一部分兵马攻打北翼城。此城逼山受敌，大顺军欲集中兵力直取，打开一缺口，占领山海关。大顺军日夜狠攻，此城守将山海关副总兵冷允登亲临城头指挥部下拼死抵抗。大顺军屡次被击退，又屡次重整战斗队形发起进攻。至次日晨，大顺军的攻势不但未有减退，反而更为猛烈，甚至有部分士卒已杀上城头。在此生死存亡之际，救援兵马及时赶到，攻城的大顺军腹背受敌，大部分被吴部兵马歼灭。此次战斗中，当地乡绅马维熙、刘克礼、吕鸣章等人率乡勇协助守城，发挥了重要作用。
吴三桂部在极为不利的情况下，承受住了大顺军一波又一波的攻击。激战一整天，虽自身伤亡也极大，但好歹是保住了山海关。大顺军以往在与明军的战斗中可谓所向披靡，交战中明军部队往往一触即溃。但吴三桂的兵马显然与他们以前交过手的明军完全不一样，此时无论是李自成还是普通士卒都明白，摆在他们面前的将是一场尸山血海之路，拿下山海关将是一场与死神共舞的险恶之旅。李自成再一次的深深为吴三桂家人所受的遭遇而感到后悔不已。
吴三桂利用暂时击退大顺军的空隙，将主力撤回城内，利用自己火器上的优势，对大顺军展开炮击。大顺军此次攻城也带来了火炮，虽数量多于吴三桂部，但射手战斗素质明显逊于对方。双方炮击不止，爆炸声此起彼伏，照亮整个夜空。史书上有诗为证：
逾日敌兵至，
接战西石河。
伪降诱贼帅，
游骑连北坡。
将令属偏裨，
尽歼副城阿。
遥望各丧胆，
逡巡返巢窠。
我兵亦退保，
竟夜严巡呵。
当吴三桂与大顺军激战的时候，清军也开始了行动。多尔衮得报农民军占领一片石后，当即命令诸王各率精兵向大顺军发起攻击。图赖率领的前锋营与唐通的骑兵部队相遇，唐通部不敌，被一举击溃。
夜深了，天亮后必然又是一场恶战，但清军始终没有进关，这让吴三桂万分焦急。他多次派使者前往清营，敦请多尔衮尽速入关，但多尔衮就是迟迟不动。直到下半夜，他才下令清军向山海关进发。黎明时分，推进到离山海关还有四五里的欢喜岭。欢喜岭，又名凄惶岭，位于山海关以东四、五里之地。以往出征或戍人至此，因离家乡而至塞外，心情“凄惶”，戍人返归故乡，至岭，眼望山海关，以举足到家而“欢喜”。多尔衮登高远望，只见关上烟尘弥漫，炮身隆隆。此时的他出于政治及军事上的考虑不禁又起了疑心，他与多铎、阿济格商量：“莫非吴三桂知道我南来，故意设此圈套来引诱我？我兵曾三次围过北京，都不能马上攻克，李自成却一举破之。看来，此人的智勇必大过一般人。现在他统大军亲至，志不在小。他是否欲乘此次战胜的精锐，有窥我辽东之意？不如分兵固守，以观察动静。”出于慎重，他命诸王在欢喜岭按兵不动，欢喜岭上有一座威远台，筑有城堡，原是山海关前的瞭望哨所。他与诸王进驻威远台，静观其变。
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