明朝的大凌河就是現在的凌海市，在錦州東部，是錦州的重要屏蔽。明朝要掌控關外，必須守住錦州，這就使大凌河有了戰略地位。
在後金（滿清來自後金）崛起初期，明中央沒有當回事。後來明朝主動出擊，與之掰了幾次手腕，都沒有掰贏。這才發現後金力量不容小覷。在孫承宗、袁崇煥等人的建議下，明朝開始以守為攻。於是加固城池，修建眾多的堡壘，充分利用火力優勢對抗後金軍的進攻。這正中了皇太極的軟肋，所以，他不能坐視大明城防體系的建立和完善。為了打破明朝的戰略布置，皇太極發起了大凌河之戰。
1631年，皇太極親自率領大軍出黑山、經廣寧，從正面趕向大凌河城。同時，他命令貝勒德格勒、岳托、阿濟格率領兩萬人鐵蹄，經義州、進駐錦州和大凌河之間，切斷錦州與大凌河的聯繫。
這個時候，明朝大凌河防線已經多次被後金軍摧毀。明軍開始在原有根基上修復加固以發揮其作用。當時，守大凌河城的明軍將領是祖大壽，他緊鑼密鼓地修築防線還不到半個月，城牆雉堞還沒有修完，後金軍便兵臨城下了。祖大壽只好退住城內，關閉城門，堅守待機。
皇太極圍而不攻，卻命將士環城深挖了四道壕溝，還築起一道高達一丈多的厚厚的土牆，將大凌河城圍得鐵桶一般。祖大壽在城牆上觀望，只見「逆奴圍凌，連挖四壕，彎曲難行，器具全備，計最狡矣。」祖大壽慌了，此時城內糧草已所剩無幾。他接下來組織了幾次突圍，都沒有成功。萬般無奈，只好固守待援。
祖大壽在明末，與何可綱、趙率教合稱「遼東三傑」，皇太極很欣賞他。圍城進行了十多天後，皇太極便開始勸降祖大壽，祖大壽不為所動。半個月後，松山方面派來兩千多人增援，很快就被皇太極擊退。第一次增援勞而無功。
8月26日，大明總兵吳襄、宋偉率領六千兵馬從錦州方面趕來救援，被阿濟格當頭一棒，打懵了，第二次也失敗了。吳襄、宋偉並不甘心，不久二人再次引兵來援，趁著濃煙，皇太極身邊的二百多親兵殺向了明朝大軍，匪夷所思的，明軍竟然被殺的潰不成軍，隨後，後金大部隊趕到，六千明軍損失慘重，只好 逃回。
大凌河城在被圍一個多月後，糧草已盡。開始出現了人吃人的現象，守城的三萬多人已餓死一萬多人，形勢異常嚴峻。
9月24日，明朝四萬多援軍姍姍來遲，在距大凌河十五里處與後金兵發生了遭遇戰，明朝監軍道張春下令用火炮轟炸後金精銳騎兵。八旗兵衝殺幾次都不能靠近明軍，吃了大虧，緩緩後退。明朝勝利在望了，出人意料的是，後金軍突然推出了紅衣大炮，待明軍進入有效射程後，四十門大炮開火，明軍陣營大亂。與此同時，皇太極率軍沖了上來。明軍被殺的節節敗退，張春見勢不好，靈機一動，使用火攻，後金軍被大火逼了回去。
皇太極並沒有氣餒，在後續作戰中，他利用盾車向前逐步推進，弓箭手在盾車之後不斷向明軍放箭的戰術，削弱了明軍火器犀利的優勢。明軍對盾車毫無辦法，隨著盾車逐步靠近方陣，明軍軍心動搖，陣型潰散。張春扼制不住潰逃，自己也開始跑了。
皇太極早在明軍的撤退路上埋下了伏兵，潰逃的明軍大都選擇了投降，張春及其手下三十餘名將領大都被生擒，吳襄和宋偉僅領幾十人逃脫，明軍的四萬大軍就這樣土崩瓦解，幾乎全軍覆沒了。從此，朝廷再也無力派援軍到大凌河。
城外殺聲震天，大凌河城中卻死寂沉沉，不是城內軍民不懂得裡應外合。而是沒有飯吃，他們已經喪失了戰爭力。第四次增援失敗後，城內軍民又苦撐了十天。10月7日，在大凌河被圍近三個月後，皇太極再次致書勸降祖大壽，祖大壽見大勢已去，10月28日，打開城門，率眾，歸順後金，大凌河之戰正式結束。
這次戰役摧毀了明朝在關外抗擊清軍的主力部隊「關寧鐵騎」，使明軍在關外的精銳喪失殆盡，為將來後金軍南下提前清除了勁敵。大凌河城中剩餘的一萬多精兵也被後金收編，壯大了後金軍的力量，為金軍入關創造了條件。