1627年(明天啓七年、後金天聰元年)五月初九日，皇太極率兵到了廣寧的舊邊，命貝勒德格類、濟爾哈朗、阿濟格、嶽託、薩哈廉、豪格率護軍精騎爲前隊，攻城諸將率綿甲軍等攜帶雲梯、盾牌等器械爲後隊，親自同大貝勒代善、二貝勒阿敏、三貝勒莽古爾泰率領大軍居中，八旗三隊，魚貫而行。後金軍行進，分爲前、中、後三隊;作戰，則列爲左、中、右三路。初十日，皇太極至廣寧。後金軍士捉獲明軍哨卒，經訊問得知：右屯衛以百人防守，小淩河、大淩河雖修城未竣也有兵駐防，錦州城修繕已畢、馬步卒3萬人。皇太極命乘夜進軍，輕取右屯衛城，直奔大淩河城。五月十一日，後金軍由縱向的前、中、後三隊，調整爲橫向的左、中、右三路——皇太極自率兩黃旗和兩白旗兵爲中路，直趨大淩河城;大貝勒代善、二貝勒阿敏，貝勒碩託及總兵官、固山額真等，率兩紅旗和鑲藍旗的兵馬爲右翼，直趨錦州城;三貝勒莽古爾泰率正藍旗的兵馬爲左翼，直取右屯衛。中路皇太極軍逼近大淩河城，當時城池還沒有修築完成，守城兵撤往錦州。左翼莽古爾泰軍逼近右屯衛，當時城池也還沒有修築完成，守軍逃遁，奔向錦州。後金軍輕而易舉取得了大淩河、右屯衛兩城後，三路大軍會師錦州，距城一里，四面紮營。袁崇煥調薊鎮、宣府、大同等地的兵馬出關迎敵。
錦州激戰後金軍進抵錦州城外，四面紮營布兵，將錦州城嚴密包圍。時明太監紀用、總兵趙率教駐錦州，負責築城、守城。當後金軍將要到來時，左輔等人撤入錦州，憑城固守，準備抵抗。沿邊小堡也都撤兵，歸併大城，堅壁清野，合力禦敵。
五月十二日，紀用和趙率教派官到後金軍大營，商談議和。首先，明軍對後金來犯，繕城整軍，治械儲糧。金軍突然圍城，明軍準備不足。所以，紀用和趙率教遣官往皇太極大營議和，拖延時間，以待援兵。皇太極對錦州來使態度強硬，並給紀用、趙率教寫了回書。但是遲不見回覆。皇太極下令攻城，錦州激戰爆發。同日，中午，開始錦州攻守激戰。當日後金軍攻城不下，受到重大的損失，後退五里結營。城裏與城外，議和與兵鋒，爾來我往，交替進行。皇太極初戰失利，派人到瀋陽調兵增援。
五月十三日凌晨，後金以騎兵圍城，卻不敢靠近城垣。皇太極三次派遣使者到城下說降，都被趙率教拒之城外。皇太極傳令攻城，後金軍攻城，增加傷亡，別無所獲。皇太極再發勸降書，用箭射到城裏，連射數封信，城裏無反響。皇太極求和心切，並等待援兵，再遣二人隨明朝使臣回錦州城，但明軍仍閉城不納。皇太極令明使者帶回書信，書信內容意在激紀用和趙率教派軍出城野戰，紀用、趙率教斷然予以拒絕。同日，明遼東巡撫袁崇煥派人送給紀用、趙率教的書信被後金軍截獲，此信是袁崇煥的誆騙信，皇太極卻信以爲真。這一天，莽古爾泰、濟爾哈朗、阿濟格、嶽託、薩哈廉、豪格等率軍前往塔山護糧。前隊的八十人遇到了明軍滿桂、尤世祿二總鎮的兩萬人，被後金軍擊潰。
五月十七日，皇太極收縮對錦州城的包圍，聚兵於城西二里處結營，以防明朝來援的軍兵。五月十八日，皇太極急不可耐，將書信射入錦州再次勸降。錦州城中的紀用和趙率教對其勸降，不予理睬。五月十九日至二十日，後金軍繼續圍城。五月二十五日，後金固山額真博爾晉、圖爾格率領援軍從瀋陽來到錦州，增強了後金軍攻城的兵力。
至五月二十六日，後金軍已圍城15日，時值初夏，後金官兵暴露荒野、糧料奇缺、人馬疲憊、士氣低落。五月二十七日，皇太極率三大貝勒，衆臺吉、每旗副將一員，並護軍營共三千兵，往寧遠一帶迎擊明軍。後金軍分兵爲兩部：一部繼續留駐錦州，在錦州城外鑿三道濠，加以包圍;另一部由皇太極率領官兵數萬，往攻寧遠。此前，袁崇煥軍同皇太極軍相遇激戰。
錦州被圍，京師震驚。因而明朝必調援兵。後金也在盤算，集中兵力圍攻錦州，明軍必來救援，誘其野戰爭鋒，發揮騎射長技，—舉殲滅明軍。袁崇煥也頭腦清醒：不發援兵，錦州危機;如發援兵，“正墮其計”。明軍援錦，易中敵計，失恃堅城，恐遭包圍。袁崇煥既要固守寧遠，又要出援錦州。首先是固守寧遠，其次是出援解圍。但是明廷爲着確保寧遠，不允許袁崇煥親自率領援兵，前往救援;而令滿桂、尤世祿、祖大壽等率軍一萬，馳援錦州。
五月十六日，明山海總兵滿桂率援兵往錦州，過連山到笊籬(zhàolí)山，同後金護衛運糧的偏師相遇。滿桂、尤世祿奮勇而前，內外夾攻，拼力衝殺，突破包圍。兩軍交鋒，各有死傷，但是死傷均較少。由於雙方互存戒心，戰鬥很快結束。明援軍回到寧遠，後金軍回到塔山。五月十九日，袁崇煥派出奇兵，進逼擾敵。但以上諸措施，均未見太大實效。
皇太極見誘明援軍野戰不成，錦州攻城不下，派使勸和不降，便向西移師，攻打寧遠城。早晨，皇太極率大貝勒代善、二貝勒阿敏、三貝勒莽古爾泰和濟爾哈朗、阿濟格、薩哈廉等八旗官兵，前去攻打寧遠。當時寧遠城內，袁崇煥和內鎮太監一起駐守。袁崇煥指揮明軍撤進壕內，總兵孫祖壽、副將許定國率軍在西面，滿桂令副將祖大壽、尤世威等率軍在東面，餘在四周，分守信地，整備火器，準備迎戰。城外，佈列車營，前面挖掘深壕作爲屏障，明軍都撤到壕內側安營。袁崇煥此次固守寧遠，除“憑堅城以用大炮”外，還布兵列陣城外，同後金騎兵爭鋒。
五月二十八日早晨，後金軍到達寧遠，展開激烈的攻守戰。薩哈廉、瓦克達等部都被明軍重創。同時，錦州的明軍出城，後金軍迎擊，擊敗了來援的明軍。皇太極親率貝勒阿濟格與諸將、侍衛、護軍等嚮明軍疾馳進擊。諸貝勒來不及披甲戴胄，倉促出戰。明總兵滿桂、副將尤世威率軍迎戰，短兵相接，互有殺傷。明軍城上城下互相配合，炮火、箭矢齊發，皇太極大帳被炸燬，濟爾哈朗等受重傷,後金軍死傷累累，被迫撤兵。
五月二十九日，皇太極率軍撤離寧遠退向錦州。皇太極攻寧遠不克，又轉攻錦州。遭明軍西洋大炮和其他兵器還擊，傷亡數千人。加之中暑得病，大量減員。皇太極鑑於圍攻寧、錦24天，取勝無望，遂下令撤軍，自返瀋陽。
