皇太極率後金八旗軍千里奔襲北京獲得了極大的成功，嚴重削弱了明朝的統治，加重了明朝的社會矛盾，特別是成功的將明朝棟樑督師袁崇煥施加反間計導致其下獄，使皇太極威望大增。
皇太極隨後加大中央集權，先是處理了在北京丟失城池逃回瀋陽的二貝勒阿敏，隨後又取消了四大貝勒輪流執政的慣例，加大其汗位的權利.
明朝方面由於袁崇煥被下大獄，原遼東經略孫承宗再次上任，先是收復了被後金占領的京郊四城，再指定方針修復「關寧錦防線」.
祖大壽在北京之戰因憤怒而逃回關內，後經過孫承宗和袁崇煥的勸說又返回北京並再次立功，因此孫承宗派祖大壽負責修復錦州外圍的大凌河城.
大凌河城位置十分重要，明朝和後金都很清楚，雙方之前圍繞大凌河城多次展開爭奪，後金曾二次將大凌河城拆除摧毀.
祖大壽第三次建大凌河城的消息被皇太極得知，他立即調動兵馬，渡過遼河，直奔大凌河城而來.
1631年8月6日，皇太極到達大凌河城，而此時祖大壽正在修城，此前大凌河城被毀，但地基尚在，所以修建速度很快，但尚未完工，祖大壽見皇太極到來，立即關閉城門.
但是皇太極沒有急於攻城，而是採取了挖壕溝建圍牆的方式開始長期圍困大凌河城，光是壕溝就挖了四道.
大凌河城中的糧草嚴重不足，城上官兵觀看後金的圍困的壕溝心裡非常恐懼，如果長期被圍，糧草用盡大凌河城將不攻自破，祖大壽組織了幾次突圍，但是都被後金擊退，只好把希望放到援軍上.
皇太極的後金軍採用的就是圍城打援的戰術，就是想圍困大凌河城，迫使明朝派兵增援，然後在野戰中擊敗明軍.
8月16日，第一批明軍2000人到達大凌河城，被八旗軍輕而易舉的殲滅。
8月26日，吳三桂的父親吳襄率軍6000增援，結果被阿濟格率軍擊敗.
9月吳襄再次組織6000人第三次增援，結果當天大霧，皇太極手下200人趁大霧摸到吳襄陣前，居然將這6000人衝散，吳襄大敗而歸.
皇太極還組織了一次假增援，後金軍換上明軍服裝假裝增援到城下，祖大壽大喜連忙率軍出城配合，結果被後金軍包圍，如果不是部下死戰，祖大壽或已戰死或被擒，從此祖大壽再也沒敢出城.
大凌河城此時已經被圍困了41天，城中的糧草早已耗盡，只好先殺戰馬充飢，等戰馬殺盡，就開始吃人了，先是那些戰死的士兵被吃掉，然後開始吃百姓民夫，再吃城裡的商戶，死人的骨頭被用作柴火燒火做飯，城中瀰漫著強烈的人頭燒焦味道，場面慘不忍睹，古今前所未有.城裡到處都是白骨遺骸，陰森森的令人寒慄不止.
皇太極已經多次向城裡射箭書勸祖大壽投降，但祖大壽不予理睬，此時城中的三萬餘人已經餓死一萬餘人，因為此前後金貝勒阿敏曾經對投降的城進行過屠城，所以祖大壽等認為投降了就會被屠城，既然如此何必投降，餓死還算烈士，投降絕對沒好下場，所以城中一直在堅持.
皇太極得知以後寫信給祖大壽，解釋之前的屠城之事他已深感懊悔，阿敏也已經受到了懲罰，保證絕不會屠城，但是祖大壽等人並未相信.
1631年9月24日，明朝增援大軍終於到達，統帥是張春，率領四萬多人，攜帶能夠克制騎兵的戰車，大軍在大凌河城外與後金軍相遇，雙方展開激烈戰鬥，戰車發揮了克製作用，遏制了八旗軍的衝鋒，戰車後的火器發揮威力，對八旗軍造成一定的殺傷.
正當戰車緩緩推進時，後金仿造成功的紅夷大炮發揮了威力，幾十發大炮齊發，直接轟擊明軍戰車部隊，造成明軍混亂，皇太極順勢衝擊明軍本陣，張春一看不好，只得發動火攻，後金軍被火勢阻擋，但是此時的明軍已經混亂，敗局已定.
張春已經止不住明軍的潰敗之勢，只得一同撤退，結果被皇太極包圍，士兵紛紛投降，張春等多數將領被生擒，只有吳襄等幾十人逃出重圍.
第四次援軍全軍覆滅，從此朝廷再也沒有組織救援，祖大壽站在城頭觀望明軍敗北卻沒有出城協同，一個是他怕這又是皇太極的陰謀，另一個是他實在無力配合，大凌河城成了孤城.
十月初七，皇太極再次寫信給祖大壽勸其投降，此時城中餓殍遍地，白骨累累，祖大壽雖派人與皇太極聯絡，但是直到十月二十五日才下定決心，因為此時城中除了人再沒有任何食物.
但是在是否投降一事上祖大壽與副總兵何可綱發生激烈爭吵，何可綱誓死不降，為了向皇太極表示誠意，祖大壽將何可綱帶到城外當著後金軍面斬首.
據後金對皇太極的奏報：何可綱死前毫無懼色，面帶微笑，不發一語，慷慨赴死，何可綱死之後居然被城裡人拖回去煮了吃了，令人驚恐，皇太極聽聞相信了祖大壽投降的決心.
祖大壽打開城門投降，皇太極遵守了承諾沒有屠城並善待了城中倖存的官兵，此戰皇太極對祖大壽可謂仁至義盡，由於沒有屠城，從而在一定程度上緩解了阿敏屠城造成的惡果。
大凌河之戰讓後金軍看到了屠城帶來的後果，看到了守軍為防止投降屠城而誓死堅守的決心，從此後金軍紀得以提高。
此時攻防戰，後金仿造的紅衣大炮展現出了威力，從此被廣泛應用.
大凌河城中的三萬軍民在結束時僅餘一萬一千餘人，可為慘烈，民夫基本全被吃光，戰馬只剩下20多匹，餘下的一萬一千多人被皇太極優待，加入到後金軍中，壯大了後金軍的力量.