起初，祖大壽還派出小股部隊試探突圍，都給打了回去，後來皇太極把後金兵偽裝成明朝援兵，引祖大壽出城，祖大壽不知是計，中了埋伏，連吃幾次大虧，於是城門緊閉，再也不敢出來，開始時，明朝還派了不少援兵，都讓皇太極給擊敗，損失了三十多員戰將，此後再也不敢派兵增援。
圍困了兩個月，城內糧食告罄，馬無草料，大批倒斃，兵士殺戰馬充饑，百姓更慘，成百上千的餓死，食死屍，拿人骨當柴火，“炊骨析骸，古所沒有”。最後殺工役而食，後又殺兵丁而食。軍糧已盡，唯大官還剩米一兩升。
皇太極讓明朝的降將們給祖大壽寫信，勸其投降，並保證決不屠城，一律加以收養，於是祖大壽決定投降，先派自己的兒子祖可法到後金營中做人質，然後勸說身邊諸將投降，隻有副將何可綱堅決反對，於是祖大壽將其逮捕，讓兩名士兵架出城外，當著金兵將領的麵斬首，何可綱麵不改色，含笑而死。
當晚，祖大壽親自到達皇太極大帳，行抱見禮，接受了一大堆賞賜，二人盟誓。祖大壽假意請求回去，助皇太極智取錦州，得到同意後，卻一去不返，其子侄均留質於後金也在所不顧了，但皇太極未予加害。
隨後，後金兵班師，八旗將士滿載戰利品和俘虜，將大淩河城完全摧毀，僅剩城基，化為一片廢墟，此役消滅了明朝的精銳，得到了張存仁等大批明將，祖可法、張存仁後來還被任命為清朝的都察院參政。
心悅誠服：從詐降到歸順
祖大壽逃去十餘年後，仍堅守錦州。崇禎十四（1641年），清太宗皇太極決定奪取錦州。此前，在天啟七年，他也曾發兵攻打錦州和寧遠，為努爾哈赤寧遠之敗雪恥，但被袁崇煥粉碎。此次再攻，皇太極采取新的措施，先將城東、北、西三麵的糧食全部搶割完畢，掃蕩錦州外圍的明軍台哨，徹底孤立錦州守軍，斷絕明軍一切出入，在錦州城四麵各設八營，繞營挖一圈深壕，再挖長壕，將四麵各營貫通。
祖大壽手下的明軍，一半是遼人，另一半是蒙古人，城內糧食充足，錦州城牆高大。但蒙古將士首先動搖，他們駐守在外城，看到清軍陣營嚴整，都很吃驚，有的在城牆上向下麵的清軍巡邏哨兵喊話：“你們圍困有何用處？我城中積糧可支二三年，即使圍困，豈可得錦州？”清軍士兵回答：“不管二三年，你們即使有四年之糧，到第五年，還吃什麼？”
蒙古士兵聽了此話，知清軍誌在必得，十分驚恐。於是蒙古將領諾木齊、吳巴什等密謀降清，他們偷偷和鄭親王濟爾哈朗取得聯係，約定夜裏行動。此事被祖大壽偵知，準備逮捕吳巴什等，還沒動手，已被吳巴什等發覺，蒙古兵迅速行動，在城內對祖大壽發動攻擊，激戰聲震城外。
濟爾哈朗、多鐸聞聽，立即趕到城下接應，蒙古兵從城上放下繩子，兩白旗清軍迅速攀城而上，外城很快被占領，祖大壽退守內城，蒙古將士自都司、守備以下官員八十六人，男女家小六千二百一十一人全部投降清軍，撤離到義州安置。
這個好消息飛報盛京，清太宗大喜，派孔有德、尚可喜、耿仲明率所部漢軍增援錦州外圍，明朝則派鎮壓李自成有功的總督洪承疇率十三萬兵馬來救錦州，皇太極立刻親赴前線，率三千精銳晝夜不停的趕奔錦州，路上行軍太急，鼻子流血不止，他就用一個碗接著，連續奔行六天，抵達鬆山，掘壕溝，斷明軍糧道，派武英郡王阿齊格攻塔山，奪得明朝儲備的糧食十二堆。