在朝鲜与金国缔造合约的同时，大明朝的皇帝朱由校正在焦急地等待前方战报。北京城又地震了，这件自然灾害加重了朱由校的担忧。
阿敏下令，所有士卒可以在朝鲜劫掠三天，这时候他不知道天命汗需要他的帮助，也不知道义州让孙传庭给攻占了。
把视角转回到熊廷弼这一边，营将阎应元提议道，将车营单位的规模缩小，由一千人组成一个车营防御工事的战术，改为五百人组成一个车营防御工事，并且重步兵军团要作为主战单位，骑兵军团要作为预备队，不能过早地派出去。总的来讲，要尽量扩大己方的兵力优势。
努尔哈赤则是坐镇抚顺城等到了一万援军，他又觉得胸有成竹了。天命汗很有把握的率领全军突击明军大营。
采纳了阎应元的意见，熊廷弼变换了战术，不管是防御还是进攻，都更加灵活。双方血战拼杀在一起，这一仗连续打了五天。明军和八旗各死伤两万多人。
天命汗真的被打怕了，女真人口少，耗不起啊！他急忙退回到抚顺城。明军此时也是士气已竭，强弩之末了。熊廷弼心中满是遗憾，看着愁眉苦脸、满身是伤的士卒们，下令道：“撤退！”
明军有序地撤退了，努尔哈赤见状也不敢追击。从朝鲜回来的阿敏遭到孙传庭的阻击，其实阿敏完全可以绕过义州城直接回去。
然而，孙传庭胆子极大，他在城外深挖了数道壕沟，里面插满了削尖的木桩，外面铺上某些农作物的秸秆，再用土掩埋，旁边树立着粗大的木栅栏等物，以作障碍。每隔一段距离，便筑有留着炮眼的拦马墙。孙传庭把军队摆在城外离城门口不远处。火炮则是放在城墙。
阿敏率领的八旗军是纵横朝鲜无敌手的骄兵悍将，对孙传庭的突然占据义州城，心里的确有几分奇怪，但更多的是愤怒。当明军把部队摆在城外的时候，后金兵把此做法视为对自己的蔑视。阿敏命令楯车在前冲锋，掩护后面的步兵。
义州城墙上放的都是新式重型火炮，随着主将的一声“开炮”，射出的炮弹彻底轰碎了后金的楯车。因为大炮的射程轰击后方，能冲到前面的八旗先锋人数上比防守一方的明军少。孙传庭指挥得游刃有余，毫不慌张。
这一仗打了五个时辰，后金损伤近万人马，阿敏见状只好先撤到北方，再做谋划。此时，朝廷的信使来通知孙传庭撤退。
于是孙传庭带着全军拆掉城池上的重型火炮，带着所有火器，在一个伸手不见五指的黑夜，赶到镇江堡上船，离开辽东，前往天津城。
这场大战双方损失的兵员基本相同，从战役的角度，很难说谁胜谁负，但是从战略的角度，后金与朝鲜皆是元气大伤，这位大明在东北亚的大规模扩张打下了基础。