又明年七月，大寿督兵城大凌河。太宗策及其工未竟攻之，自将渡辽河，出广宁大道，贝勒德格类等率偏师出义州。八月，师至城下，上曰：“攻城虑多伤士卒，不若为长围困之。城兵出，我则与战；援师至，我则迎击。”乃分命诸贝勒诸将环城而军：冷格里当城北迤西，达尔哈当城北迤东，阿巴泰在其后；觉罗色勒当城正南，莽古尔泰、德格类在其后；篇古当城南迤西，济尔哈朗在其后；武纳格当城南迤东，喀克笃礼当城东迤北，多铎在其后；伊尔登当城东迤南，多尔衮在其后；和硕图当城西迤北，代善在其后；鄂本兑当城正西，叶臣当城西迤南，岳讬在其后。诸蒙古贝勒各率所部弥其隙。佟养性率乌真超哈载砲跨锦州大道而营，诸将各就分地，周城为壕，深广各丈许。壕外为墙，高丈许，施睥睨；距墙内五丈又为壕，广五尺，深七尺五寸。营外又各为壕，深广皆五尺。上陟城南冈，顾谓降将麻登云、黑云龙曰：“明善射精兵尽在此城。关内兵强弱，朕所素悉。”登云对曰：“此城之兵，犹枪之有锋，锋挫柄存，亦复何济？”上命射书城中，招蒙古兵出降。诸将攻抚城外诸台堡，以次悉下；城兵出樵采，辄为我军擒馘。围合十馀日，上以书谕大寿，言原与明媾和，大寿置不报。
明援师自松山至，阿山、劳萨、图鲁什击败之；自锦州至，贝勒阿济格等击败之。九月，辽东巡抚邱禾嘉，总兵官吴襄、锺纬，合军七千人赴援，上亲率贝勒多铎及图鲁什等以巴牙喇兵二百渡小凌河，乘锐击破之。围合已月馀，上度大寿必期援师至，出城兵夹攻，乃令厮卒去城十里所，发砲树帜，骤马扬尘，若为援兵自锦州至者，而亲率巴牙喇兵入山为伏。大寿果以城兵出攻城西南隅台，篇古、叶臣及蒙古诸贝勒督所部御战，上亲率巴牙喇兵自山上腾跃下。大寿知坠计，急收兵入城，死伤百馀人。自是闭城不复出。越数日，明监军道张春及襄、纬等合马步兵四万来援，渡小凌河，为严阵徐进，上与贝勒代善等以二万人御之。上率两翼骑兵直入敌营，发矢射明军。明军发枪砲，上督骑兵纵横驰突，矢雨集，明军遂败。襄先奔，佟养性屯敌营东发砲。黑云起天际，风从西来，明军纵火，势甚炽，将逼我阵，忽骤雨，反风向明军，明军益乱。右翼兵入春营，逐北三十馀里，获春及副将张弘谟、杨华徵、薛大湖，参将姜新等三十三人，斩副将张吉甫、满库、王之敬，襄等皆遁走。
十月，上复使招大寿，并命弘谟等各以己意为书劝降，大寿率将吏见使者城外，曰：“我宁死於此，不能降也！”上复与大寿书谕降，许以不杀。旋有王世龙者，越城出降，言城中粮竭，商贾诸杂役多死，存者人相食，马毙殆尽。参将王景又以于子章台降。我师克傍城诸堡，收糗粮，葺壕垒。大寿欲突围，不得出。上复遣姜新招大寿，大寿见新於城外，遣游击韩栋与新偕还，栋怵我师严整，归以白大寿，大寿始决降。遂令其子可法出质，要石廷柱往议，上遣库尔缠、龙什、宁完我与廷柱偕。廷柱度壕见大寿，大寿曰：“人安得不死？今不能忠於国，亦欲全身保妻子耳。我妻子在锦州，上将以何策俾我得与妻子相见耶？”上复令廷柱与达海往谕，即令大寿为计。大寿遣其中军副将施大勇来，言降后欲率从者诈逃入锦州，伺隙以城献。是时大凌河诸将皆原降，独副将何可刚不从，大寿乃令掖以出城杀之。大寿使以誓书至，上率诸贝勒誓曰：“明朝总兵官祖大寿，副将刘天禄、张存仁、祖泽洪、祖泽润、祖可法、曹恭诚、韩大勋、孙定辽、裴国珍、陈邦选、李云、邓长春、刘毓英、窦承武，参将游击吴良辅、高光辉、刘士英、盛忠、祖泽远、胡弘先、祖克勇、祖邦武、施大勇、夏得胜、李一忠、刘良臣、张可范、萧永祚、韩栋、段学孔、张廉、吴泰成、方一元、涂应乾、陈变武、方献可、刘武元、杨名世等，今以大凌河城降。凡此将吏兵民罔或诛夷，将吏兵民亦罔或诈虞。有违此盟，天必谴之！”誓毕，上使龙什告大寿，大寿即日出谒，上与语良久，定取锦州策，以御服黑狐帽、貂裘、金玲珑鞓带、缎鞾、雕鞍、白马赐之。