崇禎帝任命多位官員，協理京營戎政，練兵籌餉，料理守御。但北京已有多年沒有經歷過戰爭，這導致城防疏薄單弱。
京門初戰首先在德勝門外打響，城外明軍，主要是大同總兵滿桂和宣府總兵侯世祿的勤王部隊，另外參加戰斗的還有城上的衛戍部隊。
十一月二十日，皇太極親率大貝勒代善和貝勒濟爾哈朗、岳托、都鐸、薩哈廉等，統領滿洲右翼四旗，以及右翼蒙古兵，向滿桂和侯世祿的部隊發起猛攻。
后金軍先發炮轟擊。發炮完成，蒙古兵及正紅旗護軍從西面突擊，正黃旗護軍從旁沖殺。不久，侯世祿兵被擊潰，滿桂率軍獨前搏戰。
城上明兵，發炮配合，但誤傷滿桂官兵，死傷慘重。滿桂身上多處負傷，帶敗兵一百多人在城外關帝廟中休整。
第二天，守軍打開德勝門的甕城，供滿桂的殘兵休養。
就在德勝門發生激戰的同時，后金又命蒙古爾泰“以護軍及蒙古兵兩千”往攻廣渠門。
袁崇煥即令都司戴承恩據守廣渠門，祖大壽布陣于南面、王承胤防守西北，而袁崇煥本部自己扎營西面以待敵。
午刻，后金直撲祖大壽堅守之陣地，明軍奮力抵抗，祖大壽部潰。
領頭的豪格誤以為祖大壽詐敗，遂直接以“主力”進攻北邊的王承胤所部，而王承胤沒有乘機進取，見后金大股而來，反而向南潰散。
后金原本打算令額真、阿巴泰、阿濟格、多爾袞、豪格等全力攻擊北邊的王承胤，實際上只有豪格一軍遵令行事，阿巴泰、阿濟格、多爾袞違令攻擊中路的袁崇煥本軍，這樣，往南潰退的王承胤軍和袁崇煥本軍攪在了一起，與后金爆發了混戰，仗打的異常激烈。
統帥袁崇煥也上陣拼殺，差點身歷險境，戰斗中，一敵兵揮刀砍向袁崇煥，幸好旁邊袁升高以刀相隔，袁崇煥才幸免于難。
此時，南面的祖大壽也奮力向前，攻擊金兵側翼，后金兵遭到夾擊，抵擋不住，當即潰敗而去。
明軍立刻追剿而去，游擊劉應國、羅景榮、千總竇浚等追敵于運河邊，后金急忙擁渡，不料踩陷堅冰，淹死很多。
十一月二十三日，崇禎帝于紫禁城平臺召見袁崇煥、祖大壽、滿桂、黑云龍等，袁崇煥向崇禎帝提出，連日征戰，士馬疲憊不堪，請求援引滿桂所部進入德勝門甕城的先例，準予所部官兵進到城內，稍事休整，補充給養。
崇禎帝拒絕了他的請求。袁崇煥軍只得繼續在北京城外露宿，同皇太極軍進行野戰。
十一月二十四日，皇太極因在廣渠門作戰失利，發表“養精蓄銳”的話語后，移軍南海子（南苑），在此一面休養一面牧放馬匹，伺機再攻。
二十七日，雙方激戰于左安門外。皇太極對袁崇煥不能戰勝，便施用“反間計”，陷害袁崇煥。
北京城外的勛戚大臣等人對袁崇煥極度不滿，紛紛向朝廷告狀：“袁崇煥名為入援，卻聽任后金軍劫掠焚燒民舍，不敢前去阻攔，城外的外戚勛臣的莊園土地被后金軍蹂躪殆盡。”
崇禎帝因此逮其下獄，總兵祖大壽見袁崇煥遭下獄，率師1.5萬人離京東返，后因孫承宗調度有方，才停兵待命。
崇禎帝聽說各路兵敗，準備撤出京師，被朝臣勸阻。
此后，充任文武經略的尚書梁廷棟及滿桂相繼敗于西直門、安定門，滿桂戰死。
明總兵馬世龍受命指揮各路援兵，保衛京師。后金軍見此次南下目的已經達到，于次年正月連克通州、遷安、遵化、灤州（今河北灤縣）諸鎮北歸。
十二月一日，崇禎帝逮捕袁崇煥，祖大壽在旁見此情景，戰栗失措，立刻逃回錦州。袁崇煥下獄，遼東兵潰，皇太極所率后金兵繼續得以在京師附近攻掠。他們見北京不可下，便西趨良鄉，克固安，然后返回，過北京近郊時得到消息，原來攻下的十余城皆叛。
袁崇煥被逮捕時，是孤身一人。
在面對敵人數千兵力的情況下，與后金軍交戰，在京營出擊接應的情況下，擊退了后金軍。這時袁崇煥急不可待地要入城“議餉”。
袁崇煥來到北京城下。北京這時是九門戒嚴，城門禁閉。城上用繩子吊一個筐子下來，袁崇煥就坐在筐子里被提到城上。
袁崇煥到了平臺之后，崇禎皇帝嚴肅地坐在那里，沒有議軍餉，而是下令將袁崇煥逮捕。
袁崇煥被逮捕，原因或許有三，其一，袁崇煥提出五年平遼，但是卻讓后金兵馬肆虐京師，這是自土木堡之變后，京城再度受到敵軍攻擊。
其二，這一次侵襲，讓京畿的經濟被破壞，勛貴高官們的利益破損，而且不少人親屬傷亡，導致民意沸騰。
其三，也是因為皇太極的反間計奏效。
而且崇禎因為東林黨黨爭一事，厭惡了朝廷內部無休無止的爭吵，便開始了快刀斬亂麻的“唯結果論”的政治政策。
當年導致薩爾滸之戰戰敗的楊鎬，被關在牢里十多年，最后被崇禎拉出來，當了第一個刀下之鬼。
袁崇煥被捕，也在意料之中，到了后來八月，袁崇煥被凌遲處死，京師百姓食其皮肉，大概就是因為后金這次侵襲，讓百姓們憤恨袁崇煥沒能擋住后金吧。
后金這次侵入，其一使廟社震驚，根本動搖。皇太極率軍進攻北京，標志著崇禎帝中興之夢的破滅。
明朝京畿地區的防御體系遭到重創或破壞，失去（陣亡或被俘）總兵趙率教、滿桂、孫祖壽、麻登云、黑云龍、朱國彥六員，兵部尚書王洽、工部尚書張鳳翔、薊遼督師袁崇煥、遵化巡撫王元雅、總理薊遼保軍務劉策等或死或下獄。明朝受到巨大震動，元氣大傷。
第二，閹黨余孽，掌控閣部。后金軍撤退之后，明廷沒有認真地總結經驗教訓，而是借機傾軋，進行黨爭。
崇禎帝沒有從全局分析北京己巳之役的歷史經驗和教訓，而是以殺袁崇煥出氣、泄憤。
閹黨余孽借機翻逆案，打擊東林黨。東林黨內閣大學士韓爌、錢龍錫、成基命、李標等去職，而代之以周延儒、溫體仁等佞臣入主內閣。六部九卿也相應變更。這標志著崇禎新政的結束。
第三，京師城防，守備虛懈。在此戰之前，北京人過了180年的和平生活，戰爭突然降臨，沒有任何實際準備。
守城官兵既不知道火器的名稱，也不知道火器的使用。北京城險些喪于皇太極之手。這次戰役在明清易代史上具有極為重大的意義：從宏觀上來說，它標志著雙方戰略形勢的又一次重大轉變。明朝的堡壘推進、經濟feng鎖和外交聯盟政策都在此役后逐漸瓦解，永久性地失去了戰略主動。
第四，財富被掠，生民涂炭。京畿、京東地區遭到后金軍的大肆擄掠。占領永平的后金貝勒阿敏撤退時，進行屠城。
總之，后金軍隊殃及的地區，生民涂炭，百業凋零。這些都加劇了明朝的社會矛盾，加速明朝滅亡。
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