崇祯帝任命多位官员，协理京营戎政，练兵筹饷，料理守御。但北京已有多年没有经历过战争，这导致城防疏薄单弱。
京门初战首先在德胜门外打响，城外明军，主要是大同总兵满桂和宣府总兵侯世禄的勤王部队，另外参加战斗的还有城上的卫戍部队。
十一月二十日，皇太极亲率大贝勒代善和贝勒济尔哈朗、岳托、都铎、萨哈廉等，统领满洲右翼四旗，以及右翼蒙古兵，向满桂和侯世禄的部队发起猛攻。
后金军先发炮轰击。发炮完成，蒙古兵及正红旗护军从西面突击，正黄旗护军从旁冲杀。不久，侯世禄兵被击溃，满桂率军独前搏战。
城上明兵，发炮配合，但误伤满桂官兵，死伤惨重。满桂身上多处负伤，带败兵一百多人在城外关帝庙中休整。
第二天，守军打开德胜门的瓮城，供满桂的残兵休养。
就在德胜门发生激战的同时，后金又命蒙古尔泰“以护军及蒙古兵两千”往攻广渠门。
袁崇焕即令都司戴承恩据守广渠门，祖大寿布阵于南面、王承胤防守西北，而袁崇焕本部自己扎营西面以待敌。
午刻，后金直扑祖大寿坚守之阵地，明军奋力抵抗，祖大寿部溃。
领头的豪格误以为祖大寿诈败，遂直接以“主力”进攻北边的王承胤所部，而王承胤没有乘机进取，见后金大股而来，反而向南溃散。
后金原本打算令额真、阿巴泰、阿济格、多尔衮、豪格等全力攻击北边的王承胤，实际上只有豪格一军遵令行事，阿巴泰、阿济格、多尔衮违令攻击中路的袁崇焕本军，这样，往南溃退的王承胤军和袁崇焕本军搅在了一起，与后金爆发了混战，仗打的异常激烈。
统帅袁崇焕也上阵拼杀，差点身历险境，战斗中，一敌兵挥刀砍向袁崇焕，幸好旁边袁升高以刀相隔，袁崇焕才幸免于难。
此时，南面的祖大寿也奋力向前，攻击金兵侧翼，后金兵遭到夹击，抵挡不住，当即溃败而去。
明军立刻追剿而去，游击刘应国、罗景荣、千总窦浚等追敌于运河边，后金急忙拥渡，不料踩陷坚冰，淹死很多。
十一月二十三日，崇祯帝于紫禁城平台召见袁崇焕、祖大寿、满桂、黑云龙等，袁崇焕向崇祯帝提出，连日征战，士马疲惫不堪，请求援引满桂所部进入德胜门瓮城的先例，准予所部官兵进到城内，稍事休整，补充给养。
崇祯帝拒绝了他的请求。袁崇焕军只得继续在北京城外露宿，同皇太极军进行野战。
十一月二十四日，皇太极因在广渠门作战失利，发表“养精蓄锐”的话语后，移军南海子（南苑），在此一面休养一面牧放马匹，伺机再攻。
二十七日，双方激战于左安门外。皇太极对袁崇焕不能战胜，便施用“反间计”，陷害袁崇焕。
北京城外的勋戚大臣等人对袁崇焕极度不满，纷纷向朝廷告状：“袁崇焕名为入援，却听任后金军劫掠焚烧民舍，不敢前去阻拦，城外的外戚勋臣的庄园土地被后金军蹂躏殆尽。”
崇祯帝因此逮其下狱，总兵祖大寿见袁崇焕遭下狱，率师1.5万人离京东返，后因孙承宗调度有方，才停兵待命。
崇祯帝听说各路兵败，准备撤出京师，被朝臣劝阻。
此后，充任文武经略的尚书梁廷栋及满桂相继败于西直门、安定门，满桂战死。