一番討論后，洪承疇還是決定分兵作戰，他認為濟南府周圍的明軍兵力只四萬有余，對于總兵力高達九萬的清軍來說不值一提，唯一讓他上心的還是燕翅山的三千蒙古騎兵，他怎么也想不通明軍軍中什么時候出現蒙古人了。
不管怎么說，最后洪承疇敲定了主意，他親自率領五萬五千余大軍從東西北三個方向對五里山明軍展開圍攻，劉忠留下五千綠營留守濟南，率領兩萬綠營及五千蒙漢八旗騎兵攻打燕翅山明軍。
三月十八日，清軍終于有了動作，洪承疇坐鎮中軍，領軍撲向五里山，張煌言對此早有準備，他率領兵馬退守五里山，命嘉定伯楊承祖率領偏師駐扎五里山東邊的小溪流邊，保衛水源避免水源被清軍切斷。
十九日上午，清軍對五里山展開第一輪試探性進攻，清
軍眾炮齊發，紅夷大炮、佛朗機炮、子母炮等各型火炮悉數投入，對準山上的明軍猛烈炮擊。
山上明軍雖然有著掩護，但還是被炮彈砸得死傷眾多，架設在山頂上的明軍火炮連忙展開還擊，在地勢的優勢下，他們的準頭明顯要比敵人更準許多。
雙方的炮戰持續了兩個多時辰后，清軍從三個方向發起進攻，他們照常以綠營推動著盾車作為掩護，漢軍鳥銃手和弓手跟在盾車后面前進，緩慢靠近山腳下的明軍陣地。
在清軍進入射程范圍后，部署在山腳下的明軍鳥銃手和弓手一齊射擊，他們射出的箭雨和彈丸悉數打在那堅固的盾車上，打得盾車表面木屑橫飛，損失輕微。
眼見無法奈何盾車后的清軍，明軍連忙將虎蹲炮架設在地上，裝入鐵彈或石彈，對著那些盾車進行炮擊，他們的火藥用藥量可要比之前的明軍更多，因此射出的炮彈成功擊穿了盾車，殺傷躲在后面的清軍。
后面的清軍弓手急忙搭弓引箭，展開還擊，一輪輪黑色箭雨在盾車后騰空而起，與明軍射出的箭矢擦身而過，如雨點般淅淅瀝瀝的落在明軍陣地中，將許多沒有防備的明軍射殺。
這是符合這個時代科技的戰斗——張煌言軍中并沒有手持滑膛燧發槍的士兵，也沒有使用12磅步兵炮、榴彈炮，他們能夠用的只有和清軍一樣的弓弩、鳥銃、紅夷大炮、佛朗機炮和虎蹲炮等等。
雙方打得有來有回，在抵達沖鋒范圍后，清軍刀盾手及長矛手舍棄盾車，吶喊著朝明軍陣地發起沖鋒，在綠營兵和漢軍旗的身后，身著重甲和三層重甲的滿洲大兵及披甲包衣也跟著揮舞著大刀向前奔跑著。
在清軍發起沖鋒的第一時間，明軍就將虎蹲炮的彈藥換成了大小不一的鉛子和石子，朝著他們面前的清軍射了出去，那射出去的鉛子石子直接橫掃一片，打爛了許多士兵身上的盔甲和肉體，讓清軍沖鋒的勢頭為之一滯！
這是明軍在抗倭戰爭中屢試不爽的招數，能夠打斷倭寇的沖鋒，就算是放在清軍身上，也仍然能夠起到作用。
但就在這時，弓馬嫻熟的蒙古騎兵也冒著山頂上部分火炮的炮火沖了上來，他們騎在奔騰的馬背上搭弓射箭，頓時射殺了一片明軍將士。</p>