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。
明总兵马世龙受命指挥各路援兵，保卫京师。后金军见此次南下目的已经达到，于次年正月连克通州、迁安、遵化、滦州（今河北滦县）诸镇北归。
十二月一日，崇祯帝逮捕袁崇焕，祖大寿在旁见此情景，战栗失措，立刻逃回锦州。袁崇焕下狱，辽东兵溃，皇太极所率后金兵继续得以在京师附近攻掠。他们见北京不可下，便西趋良乡，克固安，然后返回，过北京近郊时得到消息，原来攻下的十余城皆叛。
袁崇焕被逮捕时，是孤身一人。
在面对敌人数千兵力的情况下，与后金军交战，在京营出击接应的情况下，击退了后金军。这时袁崇焕急不可待地要入城“议饷”。
袁崇焕来到北京城下。北京这时是九门戒严，城门禁闭。城上用绳子吊一个筐子下来，袁崇焕就坐在筐子里被提到城上。
袁崇焕到了平台之后，崇祯皇帝严肃地坐在那里，没有议军饷，而是下令将袁崇焕逮捕。
袁崇焕被逮捕，原因或许有三，其一，袁崇焕提出五年平辽，但是却让后金兵马肆虐京师，这是自土木堡之变后，京城再度受到敌军攻击。
其二，这一次侵袭，让京畿的经济被破坏，勋贵高官们的利益破损，而且不少人亲属伤亡，导致民意沸腾。
其三，也是因为皇太极的反间计奏效。
而且崇祯因为东林党党争一事，厌恶了朝廷内部无休无止的争吵，便开始了快刀斩乱麻的“唯结果论”的政治政策。
当年导致萨尔浒之战战败的杨镐，被关在牢里十多年，最后被崇祯拉出来，当了第一个刀下之鬼。
袁崇焕被捕，也在意料之中，到了后来八月，袁崇焕被凌迟处死，京师百姓食其皮肉，大概就是因为后金这次侵袭，让百姓们愤恨袁崇焕没能挡住后金吧。
后金这次侵入，其一使庙社震惊，根本动摇。皇太极率军进攻北京，标志着崇祯帝中兴之梦的破灭。
明朝京畿地区的防御体系遭到重创或破坏，失去（阵亡或被俘）总兵赵率教、满桂、孙祖寿、麻登云、黑云龙、朱国彦六员，兵部尚书王洽、工部尚书张凤翔、蓟辽督师袁崇焕、遵化巡抚王元雅、总理蓟辽保军务刘策等或死或下狱。明朝受到巨大震动，元气大伤。
第二，阉党余孽，掌控阁部。后金军撤退之后，明廷没有认真地总结经验教训，而是借机倾轧，进行党争。
崇祯帝没有从全局分析北京己巳之役的历史经验和教训，而是以杀袁崇焕出气、泄愤。
阉党余孽借机翻逆案，打击东林党。东林党内阁大学士韩爌、钱龙锡、成基命、李标等去职，而代之以周延儒、温体仁等佞臣入主内阁。六部九卿也相应变更。这标志着崇祯新政的结束。
第三，京师城防，守备虚懈。在此战之前，北京人过了180年的和平生活，战争突然降临，没有任何实际准备。
守城官兵既不知道火器的名称，也不知道火器的使用。北京城险些丧于皇太极之手。这次战役在明清易代史上具有极为重大的意义：从宏观上来说，它标志着双方战略形势的又一次重大转变。明朝的堡垒推进、经济feng锁和外交联盟政策都在此役后逐渐瓦解，永久性地失去了战略主动。
第四，财富被掠，生民涂炭。京畿、京东地区遭到后金军的大肆掳掠。占领永平的后金贝勒阿敏撤退时，进行屠城。
总之，后金军队殃及的地区，生民涂炭，百业凋零。这些都加剧了明朝的社会矛盾，加速明朝灭亡。
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