在李自成、张献忠等中原各路农民军按下葫芦起来瓢的同时，皇太极也丝毫没有消停，己巳之变转年，崇祯四年（1631年），皇太极亲率六万大军包围祖大寿镇守的大凌河城，守军只有一万四千人。
皇太极玩起了围城打援，一方面在城外各处挖掘层层壕堑，一方面阻截宁锦方向的明朝援兵，此外皇太极还带来了新式武器——仿制的红夷大炮，因为避讳“夷”
字，改名为红衣大炮，这样明朝有的武器后金也有了，明朝守军丝毫不占优势，这样的山寨版红衣大炮共有四十门。
锦州方面派出吴三桂的父亲吴襄率四万援军前来，结果遭到皇太极伏兵截击，吴襄率军应战，火箭呼啸，重炮轰鸣，短兵相接，突然西风骤起，吴襄乘风纵火，烈火喷吐着黑红的火舌向后金军席卷而来，后金军大乱，此时却风向一转，烈火反扑明军，明军大败，吴襄仅以身免，明军三十三员将领和四万援军全军覆没。
援军没了，祖大寿还一直在硬扛，毕竟祖大寿所部是关宁铁骑，战斗力极其强悍，莽古尔泰所部死伤惨重，他便大发牢骚，皇太极很不高兴，莽古尔泰也怒了，他拔出刀来，此时被各贝勒制止。
当晚莽古尔泰也觉得自己失礼，于是以白天饮酒过量失态为借口请求皇太极原谅，皇太极则借故将莽古尔泰囚禁起来，不久莽古尔泰暴死。
至此，四大贝勒只剩下皇太极、代善两人。
祖大寿的弟弟祖大弼一身是胆，人称“祖二疯子”
，一天夜里他率敢死队一百二十人缒城而下，每个人都戴上后金军的大辫子，以浑水摸鱼。
此时皇太极还没睡觉，正在看文书，祖大弼手拿大刀冲入皇太极的大帐，接连砍倒数人。
皇太极忙拔出腰间佩剑，挡住祖大弼的大刀，两人刀剑你来我往，皇太极渐渐不支。
就在此时，阿济格带领侍卫十人赶到护驾，皇太极死里逃生。
赶来的后金军越来越多，祖大弼大喝一声，冲出重围，在城下祖大寿派兵接应，祖大弼安然回城。
回城后点将，发现带出的一百二十人全数回城，无一阵亡，仅有数人受伤。
三国时有甘宁百骑劫曹营，战后百骑未折一人，祖大弼可谓不让古人。
然而一场夜袭无法改变整个战局，祖大寿坚守几个月后，城内断粮，马肉鼠肉雀肉食尽之后，开始出现人吃人现象。
供役筑城的近万名工匠、城内的商贾平民、士兵中身体羸弱的先后被吃掉。
“炊骨析骸，古所没有”
，人肉都吃光了，用骨头来点火做饭，足见大凌河城内已经成了人间地狱。
（《清太宗实录》卷十）
祖大寿真的撑不下去了，再吃就是吃自己的士兵了，与此同时皇太极先后七次写劝降书给祖大寿，最终祖大寿决定投降，并送儿子祖可法到后金营中为人质。
由于祖大寿的家属大部分在锦州，他表示投降后希望后金不要声张，再替后金赚开锦州城。
大凌河守将除何可纲外，都随祖大寿降后金。
祖大寿把何可纲押至城外，当着两军将士的面，斩杀何可纲。
何将军临死大笑：“宁为大明鬼，不为鞑子奴！”
随后祖大寿与皇太极盟誓，皇太极说：“凡此归降将士，如果我们杀害他们，拆散他们妻子，收缴其财物牲畜，则我遭天谴，减我阳寿。
若归降将士，怀欺挟诈，归降后再叛逃，则定遭天谴，减阳寿。”
祖大寿说：“祖大寿等，遇满洲国兵，围困三月，军饷已尽，率众出降，倾心归汗。”
（《清太宗实录》卷十）
当晚，祖大寿到后金大营，皇太极亲自出迎，两人见面，祖大寿刚要行跪拜礼，皇太极止之，与他行“抱见礼”
。
这种满族礼仪是两个大老爷们见面，拱手作揖后，互屈一膝，相互左肩碰右肩，再右肩碰左肩，然后拥抱。
这是女真人的最高礼仪。
第二天，皇太极采纳祖大寿建议，命后金军四千多人着明军军装，跟祖大寿的三百多人一起做溃逃状，希望赚开锦州城门。
由于天降大雾，后金军走丢了，祖大寿便提出自己先入城，趁机斩杀明将后再拥兵献城（此为明朝这边的记载，《清太宗实录》则记载是皇太极主动提出放祖大寿）。
皇太极信以为真，派祖大寿与其侄子祖泽远前往锦州。
祖大寿到锦州后，派人至后金大营报称锦州明军太多，表示要从容图之，自己先在城内做内应，今后适当时机再献城。
皇太极无奈，率军返回。
祖大寿回锦州后，对巡抚邱禾嘉说自己是突围而出。
不久事泄，由于朝廷正是用人之际，祖大寿是关宁铁骑的总指挥，崇祯没有杀他，而是让他入京面君。
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