后金夺取沈阳以后，在浑河南岸与明军进行了一场野战。援辽总兵官童仲揆、陈策等领川浙兵赴沈阳，大军行至浑河，欲与城内兵夹击，听说沈阳已被攻陷，陈策下令还师，游击周敦吉等坚持请战。他们说：“我辈不能救沈，在此三年何为！”明军即分为两大营，周敦吉与秦邦屏先渡河营桥北；童仲揆、陈策及副将戚金、参将张名世统浙兵三千营桥南。在秦邦屏结营未就之时，后金右翼四旗兵，精锐在前，推着楷车追来，与明军遭遇，明军杀死后金兵二三千人，后金兵“却而复前，如是者三”，经过激烈的交锋，明军终于饥饿疲劳，难以支持，在后金猛烈攻击下，死于陆地、河中，全军尽殁。周敦吉、秦邦屏及参将吴文杰、守备雷安民等皆战死。明军桥北营先败，其余残兵败将归入桥南浙兵营，继续坚持战斗。他们在浑河之外五里地方布阵，列置战车枪炮，掘壕安营，用秫秸为障子，外涂泥巴。后金兵进战，明守奉集堡总兵李秉诚、守武靖营总兵朱万良、姜弼来援，大军足有三万人，行至白塔铺，观望不战。遣兵一千为哨探，遇到后金将雅松带着二百健卒，也前来探视。这名不争气的后金小将领，一见明兵就走。明兵放鸟枪紧追。努尔哈赤听到报告，气愤至极，到皇太极所部兵营相告，然后亲自领兵上阵。皇太极立即上马，领着骁勇的骑兵奔到努尔哈赤面前请示：“父汗何必亲往，我愿领兵前去抵挡。”努尔哈赤高兴地批准他的要求。皇太极策马飞驰，把明朝追兵立刻冲得东逃西散，乘胜追杀至白塔铺。皇太极又见李秉诚、朱万良与姜弼军布阵，来不及等待后兵至，即率百骑杀向敌营，明朝三总兵不能敌，一个个败下阵去。正追杀时岳托和代善先后来到，追出四十里，沿途死者约三千余人。收兵回营时，已经天晚。努尔哈赤再战浑河南明军，用战车冲破敌营，尽杀副将童仲揆、参将张名世及众官兵等。后金集中火力攻浙兵营时，激烈无比，一度胜负未分，后金靠增援部队才获得胜利。明军步兵无弓、撒袋，都持三尺长的竹竿长枪和腰刀，披上甲胄，外面套一层厚绵，刀、箭不入，但是最后仍被打垮。明军将士至死坚持战斗，给人留下极深印象。时人说：“自奴酋发难，我兵卒望风先逃，未闻有缨其锋者。独此战，以万余人当虏数万，杀数千人，虽力屈而死，至今凛凛有生气。当时亡归残卒有至辽阳以首功献按臣张铨者，铨命照例给赏，卒痛苦阶前，不愿领赏，但愿为主将报仇。”天黑，后金收兵回营，当夜命令诸贝勒领精兵于沈阳城东门外教场安营，众将官率大军屯城内。
第二天，努尔哈赤责备雅松说：“我的儿子皇太极，父兄依赖如眸子（眼珠），因你之败走，使他不得不杀人敌兵中，万一他遭到不幸，你之罪必千刀万剐。你为何率领我的常胜军望风而走？你把我的军队锐气都给丢光了！”怒斥之后，定罪削职。后金攻取沈阳，在城东、城内和浑河经过三次交战。浑河野战虽在攻得沈阳之后，但是没有这次胜利，沈阳也会得而复失。就在这一仗中，皇太极骁勇善战，为雅松不战而逃雪耻，为夺取全胜做出巨大贡献。
攻占沈阳之后，后金就准备夺取辽阳。努尔哈赤进沈阳城，住了五天。整顿兵马器械，论功行赏，对以前的作战告一段落。三月十八日，发兵攻辽阳。行前，努尔哈赤召集诸贝勒、大臣动员说：“沈阳已拔，敌兵大败，可率大军乘势长驱，以取辽阳。”经过商议，作了决定，立即行动。当晚，后金军渡过浑河，至虎皮驿扎营。八旗迎风起舞，大军列队向南，后金又一次大规模进军。明朝哨探见之，飞报辽阳城守文武官员说，后金大军攻取沈阳之后，现在已来攻辽阳，“旌旗蔽日，漫山塞野，首尾不相见”，已经虎皮驿下寨。果真来了，如此众多，神速，听者无不大吃一惊。
辽阳在明代是东北首屈一指的重镇，政治、经济与文化的中心。明朝重视保卫辽阳比沈阳更甚。先后经略辽东的熊廷弼、袁应泰都驻在辽阳，把保住辽阳作为对付后金的重点。他们的一切防务，都以辽阳为中心，旁及其他。熊廷弼经略辽东时，在辽阳挑堑濬壕，修筑工事最多。据载，当时辽阳周边挖了三四层城壕，沿壕列火器，环城四面分兵把守。袁应泰听说沈阳失陷，尽撤奉集堡、威宁营诸军，并力守辽阳。哨探来报后，又放太子河水于壕内，增加了一道新的防线。然而明末的辽阳与沈阳是共命运的。沈阳失守，辽阳如撤屏障。辽阳外围撤得越多，越显得它孤立无援。
三月十九日中午，浩浩荡荡的后金大军进到辽阳城的东南角，尚未全部过河，全力防守辽阳的经略袁应泰督催总兵官李秉诚、侯世禄、梁仲善、姜弼、朱万良等领五万兵出城，与后金来兵对垒。后金兵发现他们，努尔哈赤立即率左翼四旗兵前往迎战。恰在这时，皇太极领着精锐健卒赶到，要求带兵进战。努尔哈赤告诉他，已派兵上阵，他可不必去打。命皇太极率右翼四旗驻扎城边，注意嘹望。皇太极提出让后来的两红旗兵瞭望。说完，他领兵就往上冲。努尔哈赤命令阿济格上前劝阻，皇太极坚持冲上去。努尔哈赤爱护他的积极勇敢精神，把自己亲身统帅的两黄旗兵派去协助。皇太极奋力冲杀，击明兵大营左侧，明兵放炮还击。皇太极杀到敌营内部，把他们打个落花流水。后金左翼四旗兵亦杀来，两相夹攻，明兵大败逃跑，皇太极乘胜追击，杀出六十里外，直到鞍山地界才返回。又有明兵一营，从城西门出，遇到后金两红旗兵，掉过头就往回返，争相入门。人马自相践踏，积尸不可数计。这是以皇太极为急先锋的后金兵攻辽阳，首战告捷，为攻取辽阳，打开了局面。当晚后金兵回到城南七里地方安营。
明兵以为用一道太子河水会把敌兵难住。二十日，迎着冉冉升起的红日，努尔哈赤激动地对诸贝勒、大臣说：看了绕城的河水，西有闸门，东有水口。我现在命令左翼四旗兵掘开西边的闸门，右翼四旗兵塞住东边的水口。他自己亲率右翼四旗兵布战车，在城边防御。命令士兵抬土运石堵塞水口。这时见明兵三万人出东门外安营，排列枪炮三层，连发不止。左翼四旗遣人来报告，西闸门难以掘开，如夺桥而入可能达到目的。努尔哈赤说，桥可夺则夺之，如夺到手，定来告我。说完，命来人返回。堵塞水口既已完毕，便命令绵甲军排车前进，攻击东门明兵。明兵发枪炮还击，后金兵走出战车外，过壕，呐喊向前，两军酣战。明兵的阵式是，步兵在前，骑兵在后。后金兵攻一阵，明兵没有退。后金有红号的精兵二百杀进来，接着又有两白旗兵一千也杀来，明朝骑兵先动摇。后金各贝勒部下的白号精兵都杀来了，反复夹攻，明朝步兵又败。他们争先恐后向城内败退，后金兵随后追击，大批人马蜂涌过河，不少人掉到水里淹死。死者满积，河水尽赤。
袁应泰在辽阳危如千钧一发时，与巡按御史张铨登城分陴固守。但是，监司高出、牛维曜、胡嘉栋及督饷郎中付国等却畏敌如虎，城未破，先就逾城逃走。他们的怯懦行为动摇了人心，影响了士气。而后金军越攻越猛，他们在小西门夺了桥，过桥入城，冒着炮火登上城墙。这天夜里，明军一直坚持战斗到天亮。三月二十一日，后金军发起冲锋，八旗所有官兵一致行动起来，沿城追杀。袁应泰督诸军列阵抵御，又败如山倒。傍晚，小西门弹药起火，烧到城楼上，各军窝铺、城内草场全部焚毁。守城部署一切土崩瓦解。袁应泰见城楼火焰冲天，知大势已去，在城东北镇远楼上，与妻子奴仆一起****死；分守道何廷魁携妻子投井亦死；总兵官朱万良及众多副将、参将、游击等战殁，张铨被活捉。广大的城内居民削发归降。全城张灯结彩，用黄纸写“万岁”的标语牌，抬着轿，迎接努尔哈赤。中午，红日高悬，鼓乐齐鸣，官民人等深深地鞠躬，站在街道两旁，恭恭敬敬地欢迎这位新主人入城。经略衙门变成了金国汗的临时行宫。
辽阳城被后金攻占后，动人心弦的不完全在于大街小巷上的欢庆胜利。张铨壮烈殉国的那个场面更使人动感情。张铨是一位无限忠诚明朝，深重民族太义的封建官僚。他在辽阳城被后金攻占时，“衣绣衷甲”下城，随从的人们拥他出小南门，让他换去这套装束，他不听，又返回到官署。李永芳来拜访他，谢绝说：“你对我说，我对谁讲，今天没有可谈的！”把他推了出去。李永芳同张铨一起走，劝张铨投降，张铨卧地不起，把脸面都碰伤了。命令张铨拜见努尔哈赤，他挺立于庭，左右压着他跪拜，张铨瞪着眼睛大叫：“我身为天子大臣，岂能屈膝！”张铨臂力很大，谁也扭不过他。揪着头发出去要砍头，再招呼进去，好言相劝，希望他投降，归终不屈服。张铨从容说道：“我受朝廷厚恩，如降你们，遗臭万年。你们虽想活我，而我却只想一死。养人，这是你们作的好事；死，则我的美名流芳千古。”张铨宁死不降的事被努尔哈赤知道，他说，若不战而降，理应优养，捉到的战俘，既然不愿活着，难道还能收养他吗？下令推去斩首。皇太极对这位大明忠臣十分敬仰，可怜他，不忍心这样杀死。皇太极引证古代历史，劝张铨说：“过去宋朝徽、钦二宗，为以前的大金天会皇帝所擒，尚且屈膝叩见，受封公侯，我想使你活下去。特地说说此事以提醒你，为何还知迷不悟，迄今不屈服？”张铨回答他说：“王的一番教诲，终生难忘，然而无非劝我活着。但是徽、钦二宗乃是乱世的小皇帝。我们现在是皇帝一统，天下独尊。我怎么能屈膝投降，而失掉大国的体统？既使留我十天，不过迟十天不死而已。没有再活下去的道理。我之所以苟延一时，为的是替后来的人民着想。以前，决策人愚昧无知，不识时务，人民遭殃，死者很多。我见你们大兵也这样打杀，没有什么好处，白白地使人民断送生命。我要把这些事用奏疏报告给我的朝廷。两国和好，人民得以免死，我也有了美名传于后世。如我已死，我的母亲、妻子及五个子女都在家得以保全。我如贪生怕死，连宗庙也会断祀。所以除死之外，别无选择。”努尔哈赤知张铨终不能降服，便用绳子将其勒死，埋葬了他的尸体。
后金占据辽阳，影响到周围许多地方官弃明投金。此后数日间，金、复、海、盖诸州，“悉传檄而陷”。据清朝文献所载，包括的城堡如下：
“辽阳既下，其河东之三河、东胜、长静、长宁、长定、长安、长胜、长勇、长营、静远、上榆林、十方寺、丁字泊、宋家泊、曾迟、镇西、殷家庄、平定、定远、庆云、古城、永宁、镇夷、清阳、镇北、威远、静安、孤山、洒马吉、叆阳、新安、新奠、宽奠、大奠、永奠、长奠、镇江、汤站、凤凰、镇东、镇夷、甜水站、草河、威宁营、奉集、穆家、武靖营、平虏、虎皮、蒲河、懿路、汎河、中固、鞍山、海州、东昌、耀州、盖州、熊岳、五十寨、复州、永宁监、栾古、石河、金州、盐场、望海埚、红嘴、归服、黄骨岛、岫岩、青台峪等大小七十余城，官民俱削发降。”
后金与明朝争夺辽阳、沈阳的战争，虽然在两个城市及附近打仗，加上中间休整五天，经过十余天，总之是一次重要的大战，可称为辽沈之战。这次战争以后金胜利告终。同以前最大的区别是后金攻下辽阳、沈阳之后，占为己有，再也不想退出。明朝本有极正当理由动员广大人民支持他们保卫辽沈，也完全可能调动数十万大军为保卫辽沈而战，但是，他们没有这种能力和气魄，他们非常艰难地组织了毫无胜利希望的抵抗，最后以惨败结束。这是战机不利，统治者缺乏必胜信心造成，也是士气不振的结果。从抚、清之战以来，明朝的士兵就厌战、怯战，情绪低落。特别是萨尔浒之战的失败，对明朝军民给了沉重的打击。
