多尔衮接信后，一眼看穿了吴三桂的如意算盘，但他们满人压根不想做什么“盟友”，只想要将吴三桂彻底绑上清军战车。
多尔衮立即召开军事会议，最终他力排众议，决定趁乱入关，他采纳范文程“剿贼吊民，入主中原”的建议，率军昼夜兼程向山海关进发。
同时对吴三桂的使者则是百般拖延，既不拒绝也不答应，寄希望坐等吴三桂陷入更危急的境地，以达到最佳买卖时机。
崇祯四月二十一日。
李自成大军抵达山海关，随即向吴三桂发出最后通牒，要求其立即投降，遭到拒绝后，李自成下令全面进攻。
山海关大战攻防图
大顺军以主力六万猛攻山海关西罗城、北翼城和东罗城。
还命唐通、白广恩部二万人在山海关北边的一片石立营，以此切断吴三桂退路和补给线。
李自成自己则坐镇中军，指挥全局，摆出志在必得之势。
初时双方激战于西罗城附近，辽镇守军诈降诱大顺军数千人抵近城垣，在城上突发火炮，大顺军死伤甚众，被迫后撤。
但随后双方进入激烈攻防战，吴三桂辽镇关宁军不敌，山海关的西罗城、北翼城接连告急，吴三桂军伤亡惨重，防线随时可能崩溃。
他再次派使者求援，多尔衮却在此时抛出“致命条件”：吴三桂必须剃发降清，否则绝不出兵。
剃发是满清的标志性习俗，对明朝士人而言身体发肤受之父母，剃发等同于背叛祖宗、放弃大明汉族身份。
多尔衮此举，就是要彻底断绝吴三桂“借兵复明”的退路，逼他从“借兵复明者”变成“降将”。
而此时进攻山海关的李自成却仍未意识到清军的威胁，或许在他心中，始终认为吴三桂只是一时冲动的反叛，只要用武力彻底击溃其军队，就能重新掌控山海关。
大顺军士兵此时已经改制，多是久经战阵的前闯营老贼改编，悍不畏死。
在北翼城，大顺军利用居高临下地形，猛攻城垣。大顺军赤膊执刀，蚁附攻城，关宁辽镇兵虽拼死抵抗，却架不住兵力悬殊，北翼城守将甚至开始考虑投降大顺军。
吴三桂在城楼上见军队节节败退，心急如焚，先后派了三批使者赶往清军大营求援，却都被多尔衮以“未剃发，难信其诚”为由挡回。
不久大顺军攻破西罗城一角，顺兵涌入城内，吴三桂紧急驰援，虽成功挡下了李自成的进攻。但自身损失惨重，这也导致让吴三桂逐渐失去了与多尔衮讨价还价的资本。
吴三桂深知再等下去就是城破人亡，他已退无可退。只能咬牙亲自突围，去清军大营“请兵”。
吴三桂带着少数亲卫，冒死冲出大顺军的包围圈，直奔清军驻地欢喜岭。
见到多尔衮后，吴三桂双膝跪地，声泪俱下：“求王爷速发大兵，救山海关燃眉之急，三桂愿率全军剃发归降，誓死效忠！”
多尔衮见吴三桂彻底屈服，当即傲慢下令：“即刻剃发，方可出兵！”
随军的清兵当场为吴三桂剃去前额头发，留起满清发式。