崇祯十七年（1644）四月十三日，李自成得知本欲归降大顺的吴三桂半道折返山海关，击走唐通夺关，知道招降不成，也为此事功亏一篑而感到后悔， 他只好亲自出马，率十万大顺军精锐出征山海关。

吴三桂很清楚地知道凭自己的兵力不可能同时对抗李自成和关外满清两支强大力量，自己没有两线作战的实力 ，他必须偏向其中一方。既然已经和李自成彻底决裂，那么自己就只能倾向于满清一方。吴三桂派副将杨坤、游击郭云龙携带自己的求救信星夜驰往辽东，向关外自己曾经的死敌满清乞降。

吴三桂本就是个审时度势、反复无常之人 。他明白“没有永恒的敌人，没有永恒的朋友”这个道理。但李自成却没弄明白如此简单的一个事实。

满清实际掌权者、睿亲王多尔衮在得知李自成攻占北京的消息后，已经发布了动员令，他自任大将军，以明朝降臣洪承畴以及范文程等人为参谋，准备以“倾国之兵”约十四万人“往定中原”。说白了就是要虎口夺食，与李自成争夺天下。对于野心勃勃的满清统治者来说，有没有吴三桂的降附并不重要，吴三桂的乞降不过是给多尔衮一个更堂皇的借口而已。

史载，大顺军于四月二十日抵达山海关西南面的石河（亦称一片石）一带 ，旋即便投入战斗，吴三桂的关宁军也是明军劲旅，战斗力颇为强悍，两军激战至二十一日早晨，大顺军虽然兵力占优，将士也很勇猛，却仍未能突破关宁军防线。

李自成仍未放弃招降吴三桂的打算。他见两军胶着，便命三桂父吴襄到阵前劝儿子投降，吴三桂忍痛大呼曰：“父既不能为忠臣，儿又安能为孝子乎”！事情到了这个地步，吴三桂已无退路。

打到二十一日中午，大顺军后续部队源源开至，恰逢关宁军主力后撤吃中饭，李自成趁机集兵猛攻，这才将吴军防线撕开道口子，直逼山海关下，旋分兵攻打西罗城和北翼城，同时派唐通率部自九门口绕过长城，从背后包围山海关，对关城形成夹击之势。

吴三桂的关宁军大约有五万将士，面对李自成十万大军，处于明显劣势，如今又被团团包围，岌岌可危，于是派人突出重围，向多尔衮紧急求援。

多尔衮这次可谓是倾巢而来。接到吴三桂的救援信后，他认为“成败之判，在此一举”，（铁马冰河wu ）遂动用后金全部兵力自盛京（今沈阳）昼夜兼程向山海关挺进，《清实录》说：“（满清）男丁七十以下，十岁以上，无不从军”。多尔衮在进军途中再次接到吴三桂 紧急求助的书信，这真是千载难逢的良机，他格外高兴，于是督军迅速向山海关奔去。

二十二日凌晨，多尔衮率清军抵达山海关东北面的欢喜岭，他让部队在山上隐蔽休憩，以便观察战场形势，但迟迟不肯挥军参战。

大顺军哨骑发现有大批“辫子兵”出现在山海关东北方， 明显来者不善，此时的李自成 ，处境极为尴尬。山海关内的关宁铁骑约有五万人马，清军号称有十四万人，大顺军的十万兵马瞬间由优势变为劣势，若清军参战，则大顺军处于下风，必然难敌。但如果撤军，清军和吴三桂军都善于骑战，以机动性著称于世，即便大顺军骑兵利用速度优势可以成功撤离战场，那数万步兵和大量辎重必将损失殆尽。

李自成左思右想，觉得当前唯一的办法就是：在清军加入战团之前，集中优势兵力，迅速将吴军歼灭，夺取山海关。

李自成令旗一挥，大顺军排山倒海般呐喊着猛攻关城。吴三桂则督军拼命抵抗，炮声隆隆，箭如雨下，砖石横飞，城下遗尸累累，血流成河，大顺军仍前仆后继，奋死登城。

李、吴两军激战正酣，多尔衮却按兵不动，他本人在关外侧山岭上“以觇动静” 。此时多尔衮虽然应约而来，但他对吴三桂并不完全信任，毕竟彼此厮杀、敌视这么多年，在大顺军不要命的进攻下，吴军有些抵挡不住了，三桂连续三次派人来请，多尔衮这才打消对三桂的疑虑 ，但清军仍未立即参战。多尔衮有自己的策略，他要等李、吴两军精疲力竭时坐收渔人之利。《绥寇纪略》载：吴三桂“遣使者相望于道，凡往返八次，而（八旗）全军始至，共十四万骑”。多尔衮发现时机已到，如再不参战，吴军就会在李军凶悍的打击下全线崩溃，因而他便投入全部兵力加入战斗。

清军聒噪着漫山遍野卷杀过来，正在山海关东北围攻东罗城的唐通军首当其冲，遭到八旗兵和吴军的内外夹击，死伤惨重，几乎全军覆没。清军随后进入山海关，与吴三桂军会师。

李自成得知清军入关后，将主力收缩到石河一线，关宁军和部分清军骑兵出关列阵，双方在此展开了一场规模空前、惊心动魄的野战。（铁马冰河wu ）关宁铁骑率先 发起冲锋，大顺军出队迎击，双方展开激烈搏杀，大顺军人多势众，关宁军力战不支，有些抵敌不住了，在双方鏖战正激之时，忽然刮起一阵狂风，飞沙走石，沙尘蔽日， 蒙住了厮杀汉的双眼。多尔衮抓住这有利时机，令全军投入战斗，沿右侧包抄，将大顺军往老龙头那边赶 ，最终将“贼兵”驱入海中。

骁勇善战的满洲铁骑势如山崩而下。李自成站在一座高岗上指挥作战，远远望见一支装束奇特、脑后留辫的大军势如破竹般冲入大顺军阵中，顿足对左右道：“此必北兵也，三桂真挟北兵来耶” ！他见清军左冲右突，势不可挡，知道败局已定，随即下令撤军，他也在亲军的掩护下策马离开战场。关宁军和清军在后紧追不舍，死命追杀，大顺军兵败如山倒，将士死伤无数，尸横遍野，据说直到山海关之战结束三年后，石河沙场上还有许多战死者的遗骸曝尸荒野。

是役，十万大顺军主力损失惨重，几遭团灭，就连权将军刘宗敏也中箭负重伤，另有二十多个大小将校阵亡。

山海关之战是决定中国未来近三百年命运的一战。

李自成固然大败亏输，吴三桂又何尝是赢家？李自成在逃回北京途中将三桂父吴襄及吴家老幼二十余口全部处死，这就是明末文士吴伟业诗中所说 “全家白骨成灰土”。三十年后，被满清封为平西王的吴三桂又在云贵策动“三藩之乱”，起兵反清，最终兵败身亡，其重建的吴氏家族也随之灰飞烟灭。

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