一六四四年四月二十一日，李自成大軍抵達山海關外城，按高松所說，吳三桂等人將在這裡迎接闖王，正式投降。、、
但李自成迎來的不是投降的吳三桂，而是吳三桂派來的炮隊，大軍剛一進入山海關城內外城二十里的五花城附近，就遭到幾十門大炮齊轟，先頭部隊被炸死炸傷近百人。
李自成大怒，道：「匹夫安敢騙我！」命人擒拿六位特使，回答是這六人趁亂跑了，李過親自追趕。這六人比較聰明，各自分頭逃竄，最後抓住了五人，只李友松一人沒有找到。李過無心再追，將高選五人擒於陣下，李自成怒道：「我相信你們，你們竟敢騙我？」高選道：「我們六人的家人全在吳將軍之手，若不來騙你，全家人性命難保。」李自成下令，將這五人就地斬首。
李自成命人取過地圖，按圖中所示，攻破山海關首先要攻破的是山海關的外城西羅城，而此地又隔著一條大河，名為石河，石河西岸一片較大的空地，宜於正面進攻，亦是攻打山海關正面戰場必經之路。沿著石河向北，另有一處關口名為一片石，此地佈兵防守，可防止吳三桂軍向北撤退，因為向南是大海，向東是遼東大清勢力，吳三桂若逃，只能選這一處，守住此關，就是關門打狗之勢了。
李自成當即部署，正面戰場由他和劉宗敏帶隊，另一路戰場由剛剛傷癒出征的唐通帶隊，兩路部隊同時出發，堵住吳三桂所有的退路。
一切部署完畢，當天中午，李自成大軍前進十里，抵達石河西岸，一場總決戰拉開了序幕。
石河古名渝水，發源於今秦皇島市青龍滿族自治縣，由義院口關南出入海，流經山海關西側，是進入山海關西羅城內的一道天然屏障。在山海關關城的右翼，石河衝擊了一條鴻溝，由此或由側面都可進入關城。石河自古以來就是害河，經常洪水氾濫，因此形成地勢上的死角，歷代兵家多以此為自然屏障。
「奔流一派北山隈，亂石交沖怒若雷。剩有湍瀾從海去，更無舟楫渡人來。」
這首詩是明朝一個叫尚絅的人寫的，詩中所寫的這個「亂石交沖」「無人來渡」的地方，也就是石河。
石河河床沙石堆積，河水清澈且淺，褰裳可涉。它的下游自北面燕山山脈綿延至渤海約十餘里，兩岸地勢開闊，是非常適合作戰的戰場，爭奪石河就是爭奪山海關關外大門的戰鬥，雙方才都會投入了主要兵力。
李自成將軍隊駐紮在石河西岸，安營紮寨，將十幾萬大軍分成幾股，分別由劉宗敏、李過、田見秀等將領率領，自己則坐鎮中軍。
石河對岸，吳三桂的炮隊一字排開。吳三桂駐守西羅城內，另有一萬精兵及鄉勇排營列陣，戰場自石河東岸龍王廟至西岸譚家坡，一萬人列營排陣，旌旗招展，屹然不動。
李自成指著前方道：「吳三桂很會用兵。他用的是一字長蛇陣，把一部分兵力放到城前，他帶一部分人守在城中，若我軍逼近，這前面一部分人會與我們以硬碰硬，一旦失利，馬上回撤，城中守軍會以炮火、箭矢阻我前進路程，我軍若強攻，到得外城是一場血戰，到得城下又是一場血戰。古人常說，一鼓作氣，再而衰，三而竭，我軍即使強攻到城下，已經連遭兩番打擊，士氣衰竭，死傷亦重。」
李過道：「那怎麼辦？我們等他們來攻，使個以逸待勞之術？」
李自成冷笑道：「彫蟲小技，也能攔我？權將軍、李過聽令，領兩軍人馬，渡過石河，向前方挺進。」
只聽得刷刷聲響，李過領騎兵營三千人列於陣前，李自成佈陣：「選一萬精兵分成五股。先派出兩股集中火力攻他首尾兩端，待戰火開始後，後三股直搗中心，記住，五股部隊之前要有敢死隊，掩護後面炮隊、箭手，特別是炮隊，給我集中攻他們這長龍的兩端，兩端一亂，這一字長龍蛇就破了。只要一字長龍陣破了，馬上運雲梯、搭天車、拋石機上去，準備攻城。」
「眾將聽令！」只聽得李過一聲斷喝，三千騎兵分成五股，向五個方向衝去，騎兵之後，另有一萬步兵殿後，在這一萬步兵中間，混雜著弓箭手、火炮手各營士兵，吶喊聲中，衝越石河，向對岸衝去。
吳三桂在城頭看見五股騎兵分別攻向五個方向，馬蹄帶起的煙塵，猶如飛來五條黃龍。呂鳴章道：「騎兵來了，我軍是否開炮？」吳三桂道：「等等。他想用五行之術破我一字長蛇陣，且等他逼近再說。」
三千騎兵距吳三桂大軍越來越近，已經接近炮火射程，吳三桂看時間差不多了，對部將道：「傳我令下去，變陣。」
部將飛馳到前，舉出五色旗一揮。一字長蛇突然從中間截斷，分成兩股，把中間全都空了出來，這兩股分別佔據兩頭，又截成兩股，一共成為六股兵馬，正好迎接這五路人馬，一路對一路，又多出一路，只聽得呀呀聲響，幾十尊大炮推了出來，原來這是炮兵營，佔據中心位置，向各股軍馬開炮。
李自成看見吳三桂迅速變陣，道：「好！這人果然是個將才。變陣極快，應敵又準確，我分擊首尾之術已被他破了。」
宋獻策道：「那我們前去的騎兵，豈不將要無功而返？」李自成笑道：「且看他炮兵開炮再說。」
三千騎兵轉瞬間已經衝到眼前，吳三桂部將手中又變旗，向下一揮，只聽隆隆聲響，炮兵向最先衝到的一股開炮。
朱國梓站在城頭，道：「我軍炮火一起，五股兵馬趁敵人亂陣裡殺出，定能殺敵不少，三桂兄你的佈陣已經贏了他了。」吳三桂皺眉道：「這李自成用兵會如此稀鬆？哎呀不好！」
這不好之聲未落，只見炮火落處，滿天白沙飛舞，眼前似乎有什麼東西突然爆炸，白色粉末狀物體瀰漫了整個河岸。一時間，人人眼睛難以睜開，對面的情形已經全然看不清楚。
吳三桂驚道：「他們騎兵的馬身上帶有白灰袋，我軍大炮一發，白灰袋被炸開，我軍視線被遮，李自成會趁亂攻城！」
呂鳴章道：「大帥莫慌，我領五千精兵出去營救！」朱國梓道：「我也去！」
白灰籠罩之中，前面的三千大順騎兵已經戴上眼罩，而後面的一萬步兵喊聲震天，就在這震天喊聲中，只聽得一陣陣轟然巨響，李自成的炮兵營趕來，向吳三桂的方向開炮。
炮火連天，已經是個混戰的局面，李自成道：「他們的佈局已經被打破，叫弟兄們甭管什麼了，往前衝吧。」喊聲陣陣中，大軍向前衝鋒。
李過與田見秀分領兩營，依然按原先部署，衝擊東北、西北兩個角，此時在外面迎戰的吳三桂軍視線難明，又被炮火騷擾，雖未有多大傷亡，但是卻失了先機，待得白粉末散去，視線漸漸清晰之後，敵軍已經攻到眼前，此時什麼兵法、戰術都沒用，炮手、箭手都來不及出手，只有肉搏了。只聽得喊聲陣陣，大順軍與關寧軍戰到一處，殺聲震天，血光縱橫處，混戰一起。
宋獻策道：「我軍人多，這樣打硬拚的肉搏，時間一長，我軍必勝。」劉宗敏道：「他奶奶的，老子許久沒有親自動手殺人了，哥哥，我上？」李自成道：「殺雞焉用宰牛刀！讓他們先打，你一會兒再上。」
李過率人打西羅城西北角，此地守軍不足兩千人，多為步兵，但甚為頑強，且裡面混有很多箭手，箭法精準，李過這一路軍馬衝到眼前，被箭陣阻擋，很多兵士死於箭下，竟然攻不進去。李過心中焦躁，叫道：「都隨我來。」順手扯過一個剛剛中箭而死的軍士，將他的身子橫在馬前，自己貼在他身後，手持長槍，飛速前進。關寧軍不斷放箭，箭都射在了那死人的身上，只片刻工夫，就把那死者身上射成了刺蝟。李過肩上也中了兩箭，但卻不以為意，一直衝進敵人陣營。這李過驍勇異常，長槍閃處，人仰馬翻，李過身後，一隊騎兵也衝了進來，李過叫道：「大家都下馬，和他們混戰，這樣弓箭手就放不了箭了！」眾騎兵聞訊全都棄馬，變成了步兵，只片刻工夫，就與關寧軍殺成了一團，箭手雖然箭多箭准，但此時雙方混戰一起，怕傷了自己人，這箭就沒有了用處。此時雙方都棄馬步戰，只李過一人仍在馬上，四處遊走殺敵，高聲叫道：「你爺爺一隻虎李過在此，有本事的過來殺我！」槍挑處，人如秋風掃落葉般倒下。李過如此神勇，使關寧軍人人膽寒，情不自禁向後退去，大順軍乘勝追擊，軍士越湧越多。
正在此時，只聽得一聲炮響，呂鳴章率五千人來接應。呂鳴章少時在峨嵋山習武，武功十分高強，他帶來的五千鄉勇，多為自己的門生，這五千人人人手拿大砍刀，騎快馬，縱橫處，只見大順軍官兵人頭飛起，如砍瓜切菜一般，片刻間就殺到西北側，與李過的人戰到一起。後退的兵士見援軍來到，鬥志又起，又殺了過來，五千把大刀在空中飛舞，人頭滾滾落地，李過這一部兵馬為避其鋒芒，不得不退後。
劉宗敏道：「一隻虎挺不住了，我上！」李自成道：「你不用上，他們都去圍擊一隻虎，北翼城有些空虛，你馬上調你自己一萬兵馬去攻北翼城，拿下此城，我們大軍就可直入山海關。」
劉宗敏領令，命眾將攻打北翼城，但北翼城看似空虛，守將冷允登與吳三桂共事多年，極為凶悍，命守軍全部集結城上，滾木礌石，炮火箭矢，紛紛落下，大順軍進不得城前，就已經損傷慘重。第一隊兵馬竟然攻不上去，紛紛後撤。
劉宗敏大怒，叫道：「後退者斬！給我往前衝！」又一隊兵馬衝上，到得城下，只聽得「嘶嘶」聲響，無數支箭從城上射下來，這些箭頭上全都燃著了，箭射下之後，未等及地，冷允登命令：「倒火油！」滾燙的油從城上潑下來，大順軍衝在最前面的避之不及，被澆了一身，火箭落地，遇油而著，北翼城下，頓成火海，大順軍陷於火海之中，前進不得。
此時石河之上，戰局已亂，原本的一字長蛇陣，已經分成若干股，雙方都投入超過兩萬以上人馬，各股戰至一處，難分勝負。李自成見此情狀，歎道：「都說吳三桂關寧鐵騎厲害，今日一見，果然了得。我軍若非人多，取勝很難。」接著又自語一句，「我們攻打北京與之相比，就容易得太多了。」
劉宗敏接了一句：「哥哥，北翼城守軍頑強，我們硬攻還是放棄去幫一隻虎？」李自成道：「硬攻。現在一隻虎他們牽制住大部分人馬，北翼城只有守軍，他們不敢開城門，讓兵士架雲梯上去，命水師營調水槍滅火。」
激戰從中午至傍晚，石河兩岸死者無數，傷者纍纍，竟然難分勝負。攻打北城的大順軍憑著一股狠勁，突破到城下，架起雲梯、搭天車，開始攻城，並架起拋石機向上拋打巨石，城上守軍此時火油用完，開始往下扔石灰，大順軍第一隊被打下城下，但是第二隊又迅速補上。打到此時，守軍廢倦不堪，武器將盡，大順軍軍士將雲梯架起了幾十座，開始向上攻城。拋石機則列在雲梯之後，數枚巨大石頭向城上射去，掩護大軍攻城。
突然聽得一聲炮響，城頭之上掛出一面白旗，守將冷允登站於城頭，大聲叫道：「我們投降了。不打了不打了，我們降了！」
攻城的大順將領大喜，叫道：「他們投降了，他們投降了！」眾軍士齊聲歡呼，冷允登道：「我開城門放你們進來！」北翼城門大開，守將歡呼，軍士雀躍，爬上雲梯的也無心再爬，都急忙下來，爭先恐後，進入北翼城。
李自成在遠處看見北翼城城門大開，自己的人正蜂擁而入，指著那邊問道：「怎麼回事？」劉宗敏道：「北翼城降了。」李自成微一思索，臉色大變，道：「此中有詐，讓他們回來！」
但已經晚了。大順軍剛一衝進北翼城內，就進入了埋伏圈裡，城內隱藏著一隊軍馬，等大順軍一進來，城門迅速關閉，城門之上，守軍向下放箭，先行入城的一千多士兵，無一倖存。而城下的大順兵猝不及防，待反應過來之時，北翼城城中又殺出一隊精兵，領頭的正是吳三桂本人，這一路兵馬更無二話，出來就殺，大順軍死傷過半，不得不退回。
劉宗敏氣得哇哇大叫：「奸賊好生狡猾！」不待李自成發話，手拿銀槍殺入陣中，吳三桂以詐降之計擊退北翼城敵人，但也不敢久留，馬上回城並鳴金收兵。激戰一天的關寧軍疲憊不堪，在呂鳴章、朱國梓的掩護下，一部分安全撤回，剩下一部分人來不及撤回，仍然邊打邊撤。吳三桂命令：「關城門！」守將驚愕地道：「那進不來的怎麼辦？」吳三桂搖頭道：「再不關城門，敵軍就會攻進來了。他們為國捐軀，死得其所。」
眾軍退回西羅城內，剩下一部分關寧軍進不得城，只得與李過一部拚死廝殺，終因寡不敵眾，全部陣亡，自始至終，無一人投降。
進入山海關的第一仗就這樣暫時告一段落，一天激戰，雙方死傷都近萬人，勝負未分，但李自成大軍逼近西羅城下，距奪取關城，已經實質性地邁進了一步。
望著地上的纍纍屍首，李自成歎息一聲：「看來今天我遇上了真正的對手。累得這些好兄弟們身喪黃泉。」一掃對吳三桂的輕視之心，對手下眾人道，「明日還有一場惡戰，大家加把勁，爭取一戰取下山海關。」
山海關城內，吳三桂聽朱國梓報上傷亡數字，愁眉不展，經這一戰，關寧軍折損了近四分之一，若明天再戰，李自成大軍兇猛，自己人少，是否還能抵擋？
而在他心中，還有一個問題始終困擾心間：那多爾袞大軍已經臨近山海關，為什麼他還不出兵相救？！~！