十九日近午時分，後金全軍成功渡過太子河，和遼陽相距僅僅十裏。就在這個時候，探馬來報：明軍五萬人馬在城外進行阻擋，排兵列陣。
努爾哈赤命三貝勒莽古爾泰、四貝勒皇太極、大將扈爾漢率兩萬人馬從正麵對明營發起進攻，而代善、阿敏兩位貝勒則率兵從兩邊進行側擊。
皇太極縱馬往前飛奔，看著離明營隻有二三箭地，令盾牌手在前，弓箭手居中，騎兵跟後，向前推進。
這時，明軍的大炮響了。明軍的弓箭也雨點般地射過來。後金軍雖有傷亡，由於早有防備，並沒有大的損失，皇太極命令弓箭手同時開弓放箭，明軍急於躲避弓箭，為後金軍創造了機會。皇太極大喊一聲：
“衝！”後金騎兵如狂飆突進，以迅雷之勢殺人明軍大營。莽古爾泰隨後跟進。
皇太極衝入明軍之中，大鐵槍左挑右殺，如龍出水，如虎下山，無人能擋。莽古爾泰更是凶猛，大刀上下翻飛，無數明軍士兵被他砍倒在地。這時，明軍左右兩營也開始大亂，代善、阿敏的人馬也衝殺過來。
明軍無法抵擋後金軍的猛烈衝殺，開始向後敗退。
努爾哈赤首戰告捷，心中很是高興，下令在城外五裏安下營寨，明日再行攻城。
三月二十日。曙光剛露。
遼東經略袁應泰料定今日努爾哈赤必來攻城。他不想坐待，一直想在城外與敵決戰。所以天剛亮，他便統率三軍在東門外展開了陣勢。
努爾哈赤見明軍出城列陣，正中下懷，毫不遲疑，便命莽古爾泰率軍攻打明陣。
袁應泰立馬陣中，見上萬名後金兵越過壕塹衝過來，便下令放炮轟擊。
頓時，明軍陣前的上百門大炮一起轟響起來，隻見煙霧騰天，塵土飛揚，然而後金軍的進攻並沒有停止，戰馬依舊向前飛馳，喊殺聲越來越近。在硝煙彌漫中，七千精騎以迅雷不及掩耳之勢衝殺過去，明軍正要放炮射箭，騎兵的大刀已經砍在他們頭上。
七千騎兵把明軍衝得七零八落，紛紛逃散，總兵梁仲善見陣腳大亂，便率隊衝上來。他揮刀砍死一名後金騎兵，正要與一個後金軍的牛錄額真拚鬥，忽見一個黑臉將領如旋風般衝到近前，原來是三貝勒莽古爾泰，莽古爾泰也認出梁仲善，大笑一聲：
“哈哈，原來是手下敗將，看你今日還往哪兒跑！”
說罷，舉刀就剁，梁仲善舉刀相迎。沒幾個回合，隻聽“當”的一聲，梁仲善的刀便又飛了出去。他見勢不妙，撥馬想跑，莽古爾泰手疾眼快，一提絲韁，戰馬往前一竄，就到了梁仲善的前頭，然後掄起大刀就朝梁仲善脖頸砍來，這回是來不及躲了，隻聽“喀嚓”一聲，梁仲善人頭落地，死屍栽於馬下。
明軍見總兵被殺，嚇得魂飛天外，掉轉馬頭就往回跑。騎兵一敗，步兵更支持不住，也跟著向後奔逃。
袁應泰見敵軍來勢凶猛，惟恐敵軍乘亂攻進城內，便下令退回城中，關閉城門，嚴加防範。
努爾哈赤見明軍退回城中，心想：不能給敵軍以喘息之機，須趁勢攻城。便令皇太極和代善從西門攻打，莽古爾泰和阿敏從東門攻打。
至傍晚時分，後金軍已經把城外明軍大部分消滅。城下全是手執刀槍的後金軍兵。他們一邊向城上放炮、射箭，一邊架設雲梯，呼號著向城上攀登。
城上明軍奮力死守，滾木礌石、火罐灰瓶，如雨點般向攻城的後金兵砸去，弓箭手、火銃手也拚命往下射擊。然而，這些都沒能阻擋後金軍猛烈的進攻。就在明軍將士奮力守城時，監司高出、朱維曜、胡嘉棟與督餉郎中傅國等卻趁混亂之機，從東北角越城逃走了。
袁應泰聞報後，隻是長歎一聲：
“唉，我大明王朝怎麼會有如此敗類……”
天黑之後，後金軍的進攻並沒減弱，並且已有數百後金軍爬上西城城牆，正與明軍廝殺。
入夜，從西城爬上去的後金士兵越來越多，城牆上喊殺陣陣。明軍在總兵崔儒秀督戰下奮力抵擋，同時速報袁應泰派兵來援。
此時，汗王努爾哈赤已經接到稟報。他一麵傳令皇太極繼續在西城擴大戰果，一麵調兵遣將，準備對沈陽發起總攻。
這時，後金負責諜報事宜的撫順額駙李永芳前來稟告，說遼陽城內的細作已經探明了明軍防守情況，他們決定點著明軍火藥庫、糧草場，以策應大軍攻城。
努爾哈赤聽後自是高興不已，隨即命令諸貝勒、大臣全線出擊，攻占遼陽城。
這時天已大亮。沿著幾十裏的城垣，到處擠滿了攻城的後金兵。一排排雲梯搭在城牆上，無數的後金兵手執大刀拚命向上攀登。城上守軍則向城下發射火銃、火箭，用長矛刺殺爬城的後金兵。遼陽城的周圍，炮聲轟鳴，硝煙彌漫，喊殺聲、慘叫聲、兵器聲、螺號聲、戰鼓聲，各種響聲交織在一起，震天動地，響徹雲霄。
遼東經略袁應泰、巡按禦史張銓都站在城上，臨危不懼地指揮守軍抵擋敵兵的進攻。尤其張銓，別看是文官，可毫無懼色，手拿長矛，來往穿梭，刺殺爬上來的後金士兵。明軍皆為其英勇所動，無不奮力拚殺，以死殉國。
正在這時，忽聽“轟隆隆”、“轟隆隆”的幾聲巨響，震得全城顫抖，人心發顫。南門方向火光衝天，濃煙陣陣。
袁應泰大吃一驚，扭頭一看，隻見城中烈焰騰騰，高達十幾丈，把天空都照紅了。
火藥庫、草料場均遭大火，明軍士氣大落，紛紛向後敗退。這時又有士卒來報，後金軍已攻破西門、南門，並向城中殺來。
袁應泰知道大勢已去，從腰間抽出寶劍，往頸上一橫，自殺殉國了。
分守道何延魁見城池已破，急急奔回家中，到後宅拉著他的夫人、小姐跑到後花園，三人一起投井而死。
總兵朱萬良揮刀往來突圍，力殺十七人後，力盡氣竭，負傷墜馬，猶大呼“殺賊”，終被後金軍亂刀砍死。
遼陽城內的總兵、參將、偏將、遊擊皆戰死。數萬守軍也被分割殲滅。
而此時的巡按府內。張銓身穿大明三品官服，頭戴烏紗，在大堂上正襟危坐，二目圓睜，一動不動。
門外一陣嘈雜，幾名後金兵闖進來。
張銓毫無懼色，仍舊坐在那裏。
後金兵舉刀喝問：
“你是何人？還不跪地投降！”
張銓目不斜視，厲聲說道：
“要殺要剮，趕快動手，何須多問！”
後金兵見這個明朝文官如此傲慢，十分氣惱，舉刀就砍。
“住手！”門外傳來一聲喝斥。後金兵忙停住手，隻見李永芳邁步走進來。他走到張銓跟前，上前施禮道：
“張大人，末將李永芳給您施禮了。”
張銓見一個四十多歲的後金軍將官站在眼前，聽說是叛將李永芳，鼻子哼了一聲，罵道：
“無恥之徒，大明的敗類！”
李永芳並不生氣，皮笑肉不笑地說道：
“張大人此言差矣。自古道：‘良禽擇木而棲，良臣擇主而事。’當今明帝昏庸腐朽，宦官橫行霸道、作惡多端，朝廷官員互相傾軋，害得民不聊生，紛紛起來造反。這樣的皇上你還保他做甚？你為他盡忠，又有何益？我主汗王，英明蓋世，聖明賢能。這樣的明主你不投，還等什麼呢？”
張銓猛然站起，用手一指李永芳，喝道：
“李永芳，你認賊做父，背叛朝廷，為虎作倀，與奴酋一起屠殺我遼東軍民，像你這等亂臣賊子，還有何麵目活在世上！我張銓乃朝廷命官，豈能像你一般！”
李永芳見張銓態度十分強硬，知道無法勸降，命人將他看押起來，等候發落。
此時，日已偏西，遼陽城的戰鬥已基本結束。隻有城內外的幾個地方還有明軍抵抗，但由於寡不敵眾，最終被後金軍全部斬殺了。
汗王努爾哈赤率隊從東門進入遼陽城。
努爾哈赤進入大堂坐在虎皮椅上，眾貝勒大臣也分兩列坐下。
這時，範文程上前啟奏道：
“稟汗王爺，遼陽城破，我軍奪得明府大批金銀、綢緞，現均已入庫查封，另有兵器、盔甲數萬件正在派人清點。”