张春的援军提前六天到达，自南门入城后，便闻北城正在激战，急至城头观战，看到新任锦州参将施大勇的悲壮后，不胜感动，当即下令副将张吉甫、满库、王之敬率一万兵为前锋，本人亲率副将张洪谟、杨华征、薛大湖、参将姜新等人领两万兵居中阵，另令辽东总兵吴襄率锦州守军为后阵，尽起大军出城与建奴决战。
援军到来，又有施部血战壮举，明军士气大盛，人人敢战。四万大军出城直扑金军镶红旗，连败金军备御胡里残部并一个蒙古牛录。
锦州城中突然杀出明军大军来，阿济格猝不及防，敌众我寡，单凭镶红旗一旗之力根本无法抵挡明军。只得一边急令额尔克、穆克谭、屯布禄领两千骑兵拒敌，一边派人向小凌河边的三哥正蓝旗求救。
正在帐中饮酒的莽古尔泰闻讯大惊，忙令部将劳萨、图鲁什率一千红甲摆牙喇前去救援阿济格，另派人速报于皇太极，请汗王速调各旗参战。
收到急报后的皇太极也慌了，细作探明，明军援兵最早也要在八月中旬到来，不想却提前几日来了。一来就出城决战，完全打乱了皇太极的战前布署。
惊慌中，怕镶红旗和正蓝旗因为兵少抵挡不住明军，从而导致大凌河防线全线动摇，便急令镶白旗主十五弟多铎率本旗二千摆牙喇驰援锦州，其余诸旗各调不等兵马随后跟进。
锦州城下，镶红旗因兵力较少，面对数万明军只能被动防御，明军却是越战越勇，前锋一万兵火器齐发，直将镶红旗撵至鸡鸣驿，又逼退至小凌河边。
眼看明军就要渡过小凌河，若是再败，明军就要接近大凌河，困在笼中的祖大寿必趁机出城，里应外合之下，明军或许就真解了围。大金此次倾国之兵而来便算做了无用功。
念及于此，莽古尔泰不顾自己手下只有一千红甲摆牙喇，几个牛录兵，强令劳萨、图鲁什渡河直冲明军前锋，自己也身披铠甲，手持大刀向明军冲去。
正蓝旗金兵被旗主悍勇鼓舞，均奋勇杀敌，明军不料金军突然杀出一支生力军，前锋多是步兵，抵挡不住，开始向后溃退。
张春见前军松动，急令副将张洪谟、杨华征率仅有的三千骑兵冲击金军镶红旗，试图逼迫正蓝旗退兵。
已稳住阵脚的阿济格得了正蓝旗增援，咬牙不退，领着戈什哈举着镶红大旗立在小凌河边，传下令来“敢退河一步者，斩！”并亲手斩杀一名逃跑的牛录额真，在此严令下，镶红旗只能死战到底，一时间，张洪谟，杨华无法突破，战事陷入僵持。
不久，金军镶白旗多驿部赶到，其余各旗援军也相继赶到。皇太极更是将汗王大帐移至小凌河对岸，督诸军奋勇杀敌，并以汉军旗炮器隔河轰射明军，使得明军伤亡惨重。
战至末时，明军已力疲，本就远道而来，又未用过饭，将士饥饿，只一腔士气勉强撑着。
见无法突进大凌河，熟知军事的兵备监军道张春知道事已不可为，最佳破敌时机已然失去，此刻再战，只能是拿大军命运做赌博，毅然传令撤军：后军变前军，前军变后军，依次而退，以火器迟滞金军追击。
接到撤军令后，明军各部立即开始后撤。
这场仗打得本就莫名其妙，明金双方皆未做好真正决战的准备，完全是意料之外的一场大战，根本不在谋划之内。故见明军后撤，皇太极也不下令追击，勒令各旗守住本阵便可。
岂料，镶白旗主多驿也不知是年轻气盛，见明军后撤，立功心切，还是没有收到命令，竟率本旗的红甲摆牙喇渡河一路追着明军打了过去。
渡小凌河，过长山，越鸡鸣驿，多驿一路追至锦州城下。明军也不与他纠缠，且战且退。眼看明军就要退入城中，多驿情急之下跃马大呼，亲率戈什哈向前冲去，不想一个不慎从马上坠下，其马也跑入明军阵中。明军见状，立即杀出两支兵来，要擒住落马的建奴贝子。
所幸多驿运气不错，从马上坠下后，竟然没受什么伤。瞥见明军掉头冲他杀来，也有些害怕，急忙抢了部下一匹马，这才逃回本阵，算是虚惊一场。
明军见状，也不追击，全军尽数撤入城中。
此战，明军阵亡游击一名，千总四名，步骑两千六百兵战死，新任锦州参将施大勇重伤，生死未知。
金军方面却同样也是伤亡惨重，正蓝旗固山额真劳萨战死，镶红旗备御胡里战死，牛录额真多诺依、诺敏战死，伤亡人数也达到两千人。
此战，明金双方基本打成平手，乃自万历年至今叫人扬眉吐气一战。战后，锦州震动，宁远震动，山海关震动，京师震动！
崇祯帝于乾清宫亲书“统兵有方”四字赐于张春，又书“马革裹尸”四字于重伤昏迷施大勇。
此战，也使得皇太极不得不下令，锦州城中明军不动，八旗各部也不可轻动。再有妄战者，一律处死！
战后，召来各旗贝勒军议，要阿济格将锦州城下发生的战事详细与各旗主说来，待听说明军有重甲骑兵且有悍勇统兵官后，皇太极久久不语。尔后，起身与诸贝勒说道：“明人懦弱已久，今却有敢战之将士，所谓匹夫一怒，尚血溅三尺，今明军已非往日明军，尔等万不可轻视了明人，否则，必要吃大亏。”
又传令总领汉军事务大臣，西屋里额驸佟养性，要他务必在半月内再运二十门红夷大炮至大凌河。
锦州城内，张春没有自豪，此战虽与金军打成平手，但战略却没有达到，大凌河城祖大寿部仍被金军死死围困，城内军粮已近断绝，若再不突破金军封锁，祖大寿和全城军民便要玉石俱焚了。
为了能够一战解围，张春与随后赶到的孙承宗、辽东巡抚丘禾嘉足足议了三天，方才拿出一个三方都认可的救援方案。
