日又复进战，吴三桂正在酣战之间，李自成却自统本部大兵，绕道进围三桂大营。三桂听得，大惊，惧为自成所乘，乃传令暂退。李自成谓诸将道：“三桂，虎也。趁其稍怯，宜竭力逼之，勿令他再能布置。若破了吴三桂，余皆不足虑。”诸将闻令，无不乘胜齐进，先拔了吴三桂大营。三桂退至山海关，李自成复挥军围山海关。即另遣一军从关西而出，由一片石出口驰东，并突外城，以逼关内。三桂被围，直不能进战。
时建州九王多尔衮，听得吴三桂被围已急，默念：此时进兵，正合时势，遂亲率大兵，望山海关而来。复分兵二万人，由西水关而入。那时三桂日盼建州人马到，各部将皆向三桂道：“当自成初攻京城，若我等即驰兵入卫，断不至此。今闯逆已得北京，人心瓦解，彼又以数十万而来，实不易敌。今坐困此城，是绝地也。”吴三桂道：“往事吾亦悔之矣。但今只望九王兵到，犹可反败为胜，诸将不必惊心。吾料九王必不欺吾也。”正说话间，人报：“建州九王已率兵西来。惟行程甚绥，倘不能济急，如之奈何？”吴三桂道：“城中兵力未损，粮亦可支，犹可待其至也。那时里应外合，必败闯逆无疑。吾当乘胜迫之，扑杀此獠，以雪吾心中之恨。”说了，诸将皆无话说。但三桂虽如此说，心中也疑九王不为自己尽力。自念：当九王兵到时，当有以坚其信心，方可恰当。九王兵到，吴三桂即薙发。时左右皆不知，及见他迎接九王扮这个装束，无不惊骇。三桂复向九王道：“闯贼以数十万大兵，并亲自统率，逼臣于山海关。今幸殿下大兵到来，得抒危难。三桂已感九王大恩，将粉身图报。”九王道：“孤今日方知汝诚心也。但足下一人归顺，而足下部下将士还多，倘不服令，又将奈何？”吴三桂道：“臣久镇宁远，颇得人心。军士之服从与否，尽在臣耳。今臣回去，当下令概行薙发，殿下不必多疑。”九王道：“如此甚好。孤必为汝扫除闯逆，以报大仇。”吴三桂拱手称谢，即辞回关内。下令一概薙发，如有不从者，即以军法从事。此令一下，左右亦有进谏道：“元帅初时只言向建州借兵，非臣服建州也。今如此，是背朝廷矣。苟不能恢复明祚，又何仇于李闯一人？愿元帅思之。”吴三桂听罢语塞，不能答。半晌方道：“吾此举亦行权耳。非如此不足以坚九王信用也。”左右听罢，当时亦不疑遽有异心，故不复言。于是部下三军，一概薙发，三军无有不从命者。又以战期既迫，或有薙发不及的，都以白布束头为志。吴三桂即以三军薙发，报知九王，并约会进战。九王即令三桂为先锋，自为后队，并作游击之师，克期进战。九王复令英、豫两王，领兵绕出吴军左右，以袭击自成。分布既定，三桂先出。
时三桂以既有建州大兵，心胆大壮，率全军齐进，与李自成大将刘宗敏先遇。时建州兵复以弓矢助吴军，故吴军出敌时，万弩齐发，李自成军不能抵御。刘宗敏先已中箭，落马而死。吴三桂即乘势麾军直进，李自成即全军溃退。望见吴军皆已薙发，皆惊道：“此建州兵也。”一时遑迫无措，随又值建州英、豫两王领军分左右夹击，李自成益不能支，即行齐遁。吴三桂不舍，率军奋勇赶来。吴三桂并下令道：“闯逆既败，宜迫蹙之，勿令复养军气。报国仇，杀逆贼，在此一举矣。”当时人心思明，故闻令无不奋勇，直追至永平。李自成欲闭关自歇，吴三桂军已随后至矣。李自成直不能驻扎，复弃城而遁。吴三桂换后军为前军，并力追赶。李自成使人持书报吴三桂，书道：
将军借外兵以残我，非计之得也。朕即溃败，将军岂便能复明统耶？今故主二王与君父俱在吾军，若稍有差池，即玉石俱焚。君父为我戮，将军于明为不忠，于家为不孝，愿将军思之。
吴三桂看罢，掷书于地，喝斩来使。时左右皆以二王被李闯挟在军中，不免投鼠忌器，欲设法脱出二王，奉之为主。吴三桂道：“故主且被害矣，何有于二王？吾尽忠不能尽孝，即吾父一命，亦听天数耳。”说罢，复领军追。正是人不离甲，马不离鞍，昼夜不停，直追至京兆。李自成已闭关自守，吴三桂复下令，将军马分四面围定，并会同建州人马，分头攻击。
时李自成只带骁兵三百名，先奔回京师，余外大兵统令在城外驻扎，分为十二寨，环兵守之，以拒三桂。三桂乘胜攻之，连拔八寨，斩首级二万有余。自成恐吴三桂乘势入京，故城外兵败，仍不敢开门纳入。因此，城外败兵除死亡外，互相逃窜。李自成急使降将唐通出迎三桂，兼抚败兵。唐通即领命出马，与三桂对阵。三桂骂唐通为无耻降贼，唐通道：“汝以吾为屈身降贼，汝自问何如？恐吾犹胜于引外人入国也。汝不自羞，还敢在阵摇唇布舌耶？”吴三桂听得，大怒，即令部将马有威出战。唐通即与迎敌。无奈三军败后，互相惊溃，唐通故不能抵御，仍复大败。三桂复追之，又斩首数千。
李自成大惧，乃遣使求和，愿共为中国之主，分地而治。三桂谓来使道：“今非议和时也。汝还我太子、二王，方可开议。”使者还报李自成，自成集聚诸臣计议。李过道：“我之拘获二王，只欲以要挟三桂。今若释去二王，三桂更无顾忌，而议和绝望矣。”李自成道：“此言亦是。但不先