崇禎帝任命多位官員，協理京營戎政，練兵籌餉，料理守御。但北京已有多年沒有經歷過戰爭，這導致城防疏薄單弱。
京門初戰首先在德勝門外打響，城外明軍，主要是大同總兵滿桂和宣府總兵侯世祿的勤王部隊，另外參加戰斗的還有城上的衛戍部隊。
十一月二十日，皇太極親率大貝勒代善和貝勒濟爾哈朗、岳托、都鐸、薩哈廉等，統領滿洲右翼四旗，以及右翼蒙古兵，向滿桂和侯世祿的部隊發起猛攻。
后金軍先發炮轟擊。發炮完成，蒙古兵及正紅旗護軍從西面突擊，正黃旗護軍從旁沖殺。不久，侯世祿兵被擊潰，滿桂率軍獨前搏戰。
城上明兵，發炮配合，但誤傷滿桂官兵，死傷慘重。滿桂身上多處負傷，帶敗兵一百多人在城外關帝廟中休整。
第二天，守軍打開德勝門的甕城，供滿桂的殘兵休養。
就在德勝門發生激戰的同時，后金又命蒙古爾泰“以護軍及蒙古兵兩千”往攻廣渠門。
袁崇煥即令都司戴承恩據守廣渠門，祖大壽布陣于南面、王承胤防守西北，而袁崇煥本部自己扎營西面以待敵。
午刻，后金直撲祖大壽堅守之陣地，明軍奮力抵抗，祖大壽部潰。
領頭的豪格誤以為祖大壽詐敗，遂直接以“主力”進攻北邊的王承胤所部，而王承胤沒有乘機進取，見后金大股而來，反而向南潰散。
后金原本打算令額真、阿巴泰、阿濟格、多爾袞、豪格等全力攻擊北邊的王承胤，實際上只有豪格一軍遵令行事，阿巴泰、阿濟格、多爾袞違令攻擊中路的袁崇煥本軍，這樣，往南潰退的王承胤軍和袁崇煥本軍攪在了一起，與后金爆發了混戰，仗打的異常激烈。
統帥袁崇煥也上陣拼殺，差點身歷險境，戰斗中，一敵兵揮刀砍向袁崇煥，幸好旁邊袁升高以刀相隔，袁崇煥才幸免于難。
此時，南面的祖大壽也奮力向前，攻擊金兵側翼，后金兵遭到夾擊，抵擋不住，當即潰敗而去。
明軍立刻追剿而去，游擊劉應國、羅景榮、千總竇浚等追敵于運河邊，后金急忙擁渡，不料踩陷堅冰，淹死很多。
十一月二十三日，崇禎帝于紫禁城平臺召見袁崇煥、祖大壽、滿桂、黑云龍等，袁崇煥向崇禎帝提出，連日征戰，士馬疲憊不堪，請求援引滿桂所部進入德勝門甕城的先例，準予所部官兵進到城內，稍事休整，補充給養。
崇禎帝拒絕了他的請求。袁崇煥軍只得繼續在北京城外露宿，同皇太極軍進行野戰。
十一月二十四日，皇太極因在廣渠門作戰失利，發表“養精蓄銳”的話語后，移軍南海子（南苑），在此一面休養一面牧放馬匹，伺機再攻。
二十七日，雙方激戰于左安門外。皇太極對袁崇煥不能戰勝，便施用“反間計”，陷害袁崇煥。
北京城外的勛戚大臣等人對袁崇煥極度不滿，紛紛向朝廷告狀：“袁崇煥名為入援，卻聽任后金軍劫掠焚燒民舍，不敢前去阻攔，城外的外戚勛臣的莊園土地被后金軍蹂躪殆盡。”
崇禎帝因此逮其下獄，總兵祖大壽見袁崇煥遭下獄，率師1.5萬人離京東返，后因孫承宗調度有方，才停兵待命。
崇禎帝聽說各路兵敗，準備撤出京師，被朝臣勸阻。
此后，充任文武經略的尚書梁廷棟及滿桂相繼敗于西直門、安定門，滿桂戰死。