大同鎮，自古以來就是軍事重鎮和戰略要地，史載大同鎮「三面臨邊，最號要害。東連上谷，南達並恆，西界黃河，北控沙漠。實京師之藩屏，中原之保障」自秦漢以來，大同曾生大小上千次戰事，而大同鎮東的馬鋪山是漢代劉邦與匈奴奮戰七晝夜的戰場。
自明朝立國以來，尤其是興和衛被放棄以後以及大寧、東勝衛內徙以後，邊防線就向南推移數百里，大同鎮就不可避免的成為邊防最前線。自明英宗起，歷代皇帝都對大同鎮多加修繕並屯以重兵，最多時大同鎮屯兵十三萬五千七百七十八員名。
但是自隆慶年間起，尤其是崇禎以來，大同鎮的邊防形式大加改觀，尤其是崇禎時期，因為明朝改變政策，對蒙古以降服、拉攏、聯姻等政策為主，塞外的一些蒙古部轉而落歸附明朝，使得明朝的邊防線向北推移數百里，大同鎮的邊防形式趨於緩和。
雖然如此，但在宣大總督馬世龍的支持下，大同總兵渠家幀依然對大同鎮的城防設施大加修繕，增設炮台，並積極操練士卒，以防不測。而事實證明渠家幀的這些努力並沒有白費。
崇禎五年十月中旬，林丹汗率領蒙古察哈爾部十萬餘騎兵部隊，從歸化城出，一路越過明軍的邊防哨卡、城堡，直驅大同鎮。在崇禎五年十月二十日，林丹汗驅大兵到達大同鎮。
林丹汗到達大同鎮外之後，先讓一部分大軍在離城十里之外出佈置營寨，率領主力大軍在大同鎮外環兵列陣，放回被俘的明軍斥候，向明軍守將渠家幀勸降，向明軍示威。
當然了，林丹汗不會天真的以為明軍大同總兵渠家幀會真的投降，要是那樣的話，明朝早就被蒙古滅了好幾回了，或者後金的皇太極早就攻入山海關，入主北京城了，林丹汗此舉的主要目的就是向明朝宣示察哈爾部的力量。
渠家幀在接到林丹汗犯邊的消息後，立即加強守備力量，等到林丹汗大軍達到後，大同總兵渠家幀已經率領大同鎮兵馬嚴陣以待。對於林丹汗放回的明軍斥候，渠家幀以城破兵敗為由，據不收納放回的明軍斥候。
渠家幀此舉也是不得已為之，因為自從後金起兵以來，後金軍隊多次裝扮成潰敗的明軍士卒，以詐開城門，然後裡應外合，一舉奪城。對此，身為大同總兵的渠家幀不得不防，要是林丹汗用這一招奪取大同，渠家幀可付不起丟城失地的責任。
林丹汗見到大同城牆上士卒林立、守備嚴密、對敗兵閉而不納而林丹汗和渠家幀也交過手，深知此人不好對付，於是林丹汗決定今天休息一晚之後，明天在攻擊大同城，同時，林丹汗也決定，如果強攻大同不下，就轉兵他處攻擊其他地方。
在崇禎五年十月二十一日，林丹汗舉大兵全力攻擊大同鎮。先察哈爾部的步兵在明軍火炮的射程外集結列陣，然後一個背負沙土包、手持圓盾蒙古萬人隊齊聲唱和，先是緩步前進，當進入明軍火炮的射程後就疾步前進，迎著明軍的炮火衝到護城壕後，將沙包丟入護城壕中，企圖填平護城壕。
當蒙古軍隊付出不小的傷亡之後，終於將護城壕填平。當填平護城壕後，另一個背骨沙包、手持圓盾的蒙古萬人隊替換上一個體力耗盡、傷亡慘重的萬人對、迎著明軍的炮火、鉛彈和飛蝗般的箭雨，拼著命的衝到城牆之下，將一袋袋沙包堆積起來，企圖舊計重施，堆積一個成由城下直通城牆之上的緩坡。
如果讓察哈爾部軍隊得逞，那凶悍的蒙古騎兵以及步兵就可以沿著這道緩坡直衝到城牆之上，到時候丟城失地就不可避免。渠家幀與蒙古軍隊打了長時間的交到，知道蒙古軍隊的套路，於是渠家幀絲毫沒有慌張的樣子，氣定神閒的指揮城牆上的明軍傾倒早已安放在城牆上的數十口盛滿沸油的大鍋。
城上的明軍顯然訓練有素，渠家幀一聲令下，在把總的指揮之下，幾名穿戴防護用具的明軍士卒合力將一鍋沸油傾倒下去，然後迅退開，然後下一組抬著沸油頂替下來，明軍有如走馬燈一樣輪番而上。
城牆之下那些躲閃不及的蒙古士卒的下場可想而知，頓時一股令人作嘔的一股肉香味傳遍了戰場。那些僥倖躲過一劫的蒙古士卒，嚇得魂飛魄散，只恨得自己少生兩條腿，連滾帶爬的跑回蒙古軍陣。
此刻在城牆上的明軍士兵，在哨長的指揮下，向大片滾油浸泡過的地方，射出一支支火箭。頓時就燃起了一片火海，阻擋了蒙古士卒進攻的路線。大火的燃起，是空氣中的肉香味立刻變成了焦臭味，這下，無論是明軍還是蒙古士卒，都忍不住嘔吐了出來。
林丹汗見到這種場景，臉陰沉的可怕，當下布命令，再次整軍備戰。林丹汗明白，堆土山的戰法對大同城可能是無效了，所以只能使用雲梯、沖車等傳統的攻城方法對付守備大同的明軍了。
但是蒙古軍隊手頭製作攻城器具的材料很短缺，於是只能製作一些比較簡陋的攻城器具，而大同城城高池深，即使蒙古士卒填平了護城壕，但是面對城池高大的大同城，林丹汗深知，要想奪取此城，蒙古大軍非得付出相當的代價不可。
但是林丹汗此刻沒有其他的選擇，要知道蒙古各部地處草原大漠，生活條件比較艱苦，鐵器、糧食、茶葉、鹽等必需品都需要大明接濟，現在加上北方嚴重的乾旱，致使蒙古各部損失嚴重，要不是明朝的接濟，蒙古各部損失會更加嚴重。
但是有句老話，叫做人心不足蛇吞象，林丹汗不滿足於明朝接濟的物資，他要擴充軍隊，要重現當初黃金家族的榮光，所以林丹汗決定向明朝索要更多的糧草物資；在加上不斷有一些小的蒙古部落背棄林丹汗轉而投入明朝的懷抱，使得林丹汗很是怨恨明朝，於是林丹汗決定，向南劫掠明朝的物資，並迫使明朝增加對察哈爾部的糧草物資支援。
為了劫掠更多的物資，於是大同這樣的大城就成了林丹汗不二的目標，雖然損失比較大，但是向大同這樣的城鎮，因為商業達、富戶眾多，只要打下大同，蒙古就可以擄掠大量的糧食、物資，所以林丹汗才決定要攻打大同。
而此刻參與此次劫掠行動的蒙古各部，不管願不願意、或者是忠於林丹汗還是比較傾向於明朝，都積極的參與到攻打大同的軍事行動中。究其原因很簡單，一是因為林丹汗的勢力很是強勁，要是忤逆與林丹汗，其下場可是比較可悲的，所以為了自己的身家性命、自己的部落子民，都必須積極的參與到這次的軍事行動，但是一旦分兵以後，那情形就可以自己掌握了。
還有就是，面對破成之後自由搶掠這種對蒙古各部領致命的誘惑，要知道因為蒙古各部生活艱難，即使有明朝的援助，但只這種援助是要付出一定代價的，而劫掠是無本的買賣，所以這種誘惑是蒙古各部領不可拒絕的。
所以即使面對先前的一些小挫折，單思面對破成後的誘惑，蒙古大軍的士氣還是比較高昂的，等到大火熄滅後，十餘萬蒙古大軍開始揮師攻城，無數的蒙古士卒使用簡陋的攻城器具，拿著圓盾，有如蝗蟲一般朝大同城蜂擁而至。
城牆上的明軍毫不示弱，利用火炮、火槍、弓箭奮力還擊，但是因為邊防線的遷移以及朝廷抽調部分邊軍用於鎮壓西北地區的叛亂，所以大同城內的兵力由是十三萬餘員減少到現在只有五萬餘員。
但是大同畢竟經長時間是邊防重鎮，再加上歷屆朝廷的修築，所以武器彈藥以及糧草物資的存儲量是極其客觀的。所以守軍勁可以大膽的消耗各類的火藥、炮彈、箭矢、以及滾木雷石，這才阻擋住蒙古大軍如潮水般的攻勢。