智取開原之後，努爾哈赤更為重視對降服漢官的政策。說：“彼知天意佑我，又聞吾國愛養人民，故相繼來歸耳。”（《清太祖高皇帝實錄》第6卷）明原任開原城千總王一屏、戴集賓、金玉和、白奇策等六人，因妻子被擄，投降後金。他們被賜各五十人，各馬五十匹、牛五十頭、養五十隻、駱駝二頭，各銀五十兩，各緞布若幹匹。其隨從人員也被賜給妻仆、耕牛、乘馬、衣物、糧食、田廬、器用等。這個厚待投降後金漢官的政策表明，努爾哈赤要分化明朝官員，收買漢族地主，進占更多的遼東城鎮。
七月二十五日，努爾哈赤繼奪取開原之後，又率領貝勒大臣統兵五六萬人，出三岔兒堡，圍攻鐵嶺。鐵嶺之城，“諸夷環繞，三麵受敵，最為衝要”（《薊遼奏議》）。鐵嶺是明朝沈陽北部的重要城堡。堡壘是最容易從內部攻破的。努爾哈赤為了從明軍內部攻破堡壘，不惜重金收買明軍中的叛徒，使鐵嶺守軍陷於腹背受擊的地位。先是，同年四月，明廷派李如楨為遼東總兵官。李如楨為李成梁第三子，由父蔭為指揮使，官至右都督，並在錦衣衛，曾掌南、北鎮撫司。“如楨雖將家子，然未曆行陣，不知兵”（《明史·李成梁傳附子如楨傳》第238卷），他受命之後，借父兄權勢，又以錦衣近臣自詡，未出山海關，就遣使與總督汪可受講鈞禮，鬧得朝議嘩然。既抵遼東，經略楊鎬以其為鐵嶺人，派他守鐵嶺；不久，又令李如楨屯駐沈陽。鐵嶺僅以參將丁碧等領兵防守，兵力更加單弱。因此，努爾哈赤把丁碧作為餌下遊魚。
後金汗是在探知明軍將領之間的矛盾及鐵嶺城守空虛後，才帶兵圍城的，他坐在鐵嶺城東南的小山上，指揮八旗軍的步騎攻城。城上遊擊喻成名、吳貢卿、史鳳嗚、李克泰等率軍堅守，放火炮，發矢石，八旗兵死傷很多。努爾哈赤派兵豎起楯梯，登城毀陴；同時，被收買的明“參將丁碧開門迎敵”（王在晉：《三朝遼事實錄》第1卷），引導八旗軍進城，明遊擊喻成名等因外無援兵，內有叛徒，城陷後陣亡。鐵嶺陷後，“士卒盡殺之”，“屯兵三日，論功行賞，將人畜盡散三軍”（《清太祖武皇帝實錄》第3卷）。努爾哈赤通過明軍中的叛徒，從內部攻破堡壘，智取了鐵嶺。
然而，總兵官李如楨未能聞警馳援，是明失去鐵嶺的重要原因。據遼東巡按陳王庭參劾李如楨言：
據七月二十四日酉時，署鐵嶺遊擊李克泰以虜入三岔兒堡，緊急夷情飛報李如楨矣。聞虜距邊隻十四五裏，設使親提一旅，銜枚疾趨，一夜可度鐵嶺，虜聞援至，自不得不解鐵嶺之圍，何乃縮朒（nǜ）觀望，延至二十五日申時方抵新興鋪，俟賀鎮守兵至方才合營，而鐵嶺於是日辰時陷矣。（《明神宗實錄》內閣文庫本，第47卷）
鐵嶺陷後城內軍丁死亡四千餘人，城鄉男婦被殺擄萬餘人。但李如楨縱兵割後金死兵一百七十九顆首級報功而還。李如楨以擁兵不救，後被下獄論死，崇禎時又被免死充軍。
開原和鐵嶺，是明朝遼東禦守後金軍西進的屏蔽，二城被陷，其失甚大。明人評曰：“鐵嶺、開原，為遼重蔽，既並陷賊，則河東已在賊握中。”（苕上愚公：《東夷考略·女直》）此為中綮（qìng）之言。
正當努爾哈赤智取開原、鐵嶺，連連得誌的時候，明兵部右待郎兼右僉都禦史、遼東經略熊廷弼，馳騎兼程，來到遼陽。熊的到來，使遼東形勢發生急劇變化，後金汗進取遼沈計劃遇到了困難。努爾哈赤召集諸貝勒大臣及李永芳等，會議進取方略。據熊廷弼獲明生員降順後金並為其諜工的賈朝輔，同年八月的供詞稱：
本月初十日，降主會集諸部各頭目及李永芳等，問此番攻取何先？或曰當先遼陽，傾其根本；或曰當先沈陽，潰其藩籬；或曰熊經略已到，彼必有備，當先北關，去其內患。降主曰：“遼已敗壞至此，熊一人雖好，如何急忙整頓兵馬得來！”李永芳曰：“凡事隻在一人，如憨一人好，事事都好。”降主曰：“說得是。我意亦欲先取北關，免我內顧；將來好用全力去攻遼、沈。”（《熊襄湣公集》第3卷）
上述供詞中的降主，即努爾哈赤。熊廷弼經略遼東，打亂了努爾哈赤擬定的進軍日程表。努爾哈赤根據遼東局勢的變化，重新作了部署：北取葉赫，西撫蒙古，等待時機，攻取遼、沈。