宁远之战后，袁崇焕为了防卫清兵的进攻，开始着力构筑关宁锦防线。其中以山海关为后盾、宁远为中坚、锦州为先锋，其间筑有多个堡台作为联防据点。关宁锦防线分南北两段，南段为关宁防线，长约100公里，自山海关到宁远；北段为宁锦防线，也长约100公里，自宁远经连山、塔山、松山、锦州，抵大凌河。其中北段主要由赵率教负责修建，后明军凭借关宁锦防线在宁锦之战中，使皇太极无功而返。
皇太极称帝之后，一方面不断派遣大军入关，深入明朝腹地，沉重打击明朝的有生力量；一方面，又在关外宁锦一线与明朝展开激烈的争夺。锦州是明朝设置在辽西的军事重镇之一，广宁中屯卫、广宁左屯卫设在这里。
明崇祯四年（后金天聪五年，1631年）农历七月，祖大寿奉命于大凌河筑城保卫锦州，在他修了不到半个月，城墙雉堞还没修完时，皇太极大军便兵临城下，将大凌河城包围。祖大寿只好关闭城门，仓促应战。城中粮草仅够几天之用，围了不几天城中就断粮了。城中将士无不惊恐万状，祖大寿作过几次试探性的突围，都被金兵杀了回去。无奈之下，只好坐困愁城，盼着援兵。皇太极在围困大凌河城十天后，便开始了对祖大寿的劝降工作。
祖大寿弹尽粮绝，在要求皇太极对天宣誓，不杀将吏兵民之后，他开城投降。皇太极赏赐他自己用的狐皮帽子、貂皮袍子、金玲珑皮腰带、白马、雕鞍等等，没想到祖大寿觅机跑到锦州，又把锦州死守起来，令皇太极奈何他不得。即便如此，皇太极仍旧为了收服祖大寿而继续努力，他先派人搜捕居住在永平三十里村的祖大寿的族人软禁起来，但待遇相当优厚。起用祖大寿的旧部担任汉人“承政”，其中包括祖大寿的儿子祖泽洪，过房侄儿祖泽润、养子祖可法等等。农历十月二十八日，祖大寿杀死宁死不降的何可纲，大开城门，率众将来到金营。皇太极与代善、莽古尔泰及众贝勒众大臣，一齐隆重迎接祖大寿一行。后双方登坛发誓祭天，盟誓祭天毕，皇太极携祖大寿手进入大帐，为祖大寿设宴庆贺。
崇祯皇帝三次下诏，命祖大寿进京觐见，祖大寿都借故推辞，始终坚守在锦州城里。后金方面，皇太极三番五次派密使前来，提醒祖大寿不要忘记以前的约定，即刻动手夺下锦州城。祖大寿以各种理由搪塞，并且多次与清兵激战。皇太极对留在后金军营中的祖大寿之子祖可法等人，一直以礼相待，并且频繁给祖大寿写信。
明崇祯四年（后金天聪五年，1631年）祖大寿的诈降，令皇太极震怒不已。自从明清（后金）交战以来，锦州的战略地位日益显得重要。明朝派遣重兵驻守，加固城池，力图使锦州成为阻止清兵西进的一座坚固堡垒。皇太极知道“率领大军屡次入塞，最终得不到明朝的尺寸之地，都是因为有山海关的阻隔；想要取山海关，一定要先取关外四城（松山、杏山、锦州、宁远）不可，而锦州则首当其冲。”皇太极想趁机包围锦州，打通关宁锦防线，为清兵入关扫清障碍。
明崇祯十一年（清崇德三年，1638年）农历十月，皇太极亲自率领部队进攻明朝，率领郑亲王济尔哈朗、豫亲王多铎出宁远、锦州大道；睿亲王多尔衮为左翼，自青山关入；贝勒岳讬为右翼，自墙子岭入。祖大寿在中后所（今辽宁绥中县城）屯兵，领兵偷袭多铎，多铎战败。第二天，多铎与济尔哈朗合兵出战，祖大寿收兵回中后所。不久，皇太极亲自来到中后所，派使者给祖大寿带话，劝降祖大寿。祖大寿却始终没有露面。
明崇祯十三年（清崇德五年，1640年）三月，清太宗皇太极吸取过去强攻宁远、锦州受挫的教训，制定了长围久困、迫其出降的作战计划，命郑亲王济尔哈朗、多罗贝勒多铎等人领兵修筑义州城（锦州义县义州镇）。义州处于广宁与锦州之间的大凌河畔，地势开阔、土地肥沃，在此筑城屯田，实际上是建立了攻锦的前哨阵地，同时一旦攻锦，此地又是一个绝佳的后勤补给基地。同年六月，皇太极指挥清兵兵临锦州，开始了围城的持久战。皇太极将围城清兵分为两班以个月为一期轮番更换。同时清兵将锦州城外的庄稼收割完毕，并扫荡清除明军在锦州外围的据点，彻底切断驻锦明军与外部的联系。翌年三月，皇太极进一步采取措施，在锦州城外筑起座营垒，环城相列，在营垒外深挖壕沟，树起栅木，而各营间又有深壕相连，将锦州围得“水泄不通”。明军守城主将为昔日袁崇焕帐下大将、征辽先锋大将军祖大寿，其所率军队中有相当一部分是蒙古人，城既被围，遂起叛心，秘密与济尔哈朗联系。此事为祖大寿侦知，欲计擒叛军首领，无奈行事不密，反被叛军窥破，抢先与明军交战，济尔哈朗闻讯后，趁势攻城，内外夹攻，祖大寿难以支持，只能退入内城坚守。
崇祯十四年（清崇德六年，1641年）三月，锦州东关守将吴巴什降清，清兵攻占锦州外城。至此清兵完成了对锦州城的包围，填补护城河，毁坏城墙，明朝的外援给养都断绝。锦州守将祖大寿向明廷报称：“锦城的粮米仅供一月余，而喂马的豆则不能支撑一月，倘若清兵再次急攻，宁锦两城就要攻破，那么松、杏、锦三城就岌岌可危、朝不保夕了。”在这种情况之下，崇祯帝命洪承畴领王朴、杨国柱、唐通、白广恩、曹变蛟、马科、王廷臣、吴三桂八总兵，步骑十三万，速令各镇总兵“刻期出关”，速会兵于宁远，解锦州之围。
崇祯十四年（清崇德六年，1641年）三月，洪承畴从北京出发前往锦州，洪承畴不敢冒进，驻扎宁远，以窥探锦州势态。并向朝廷表示：“大敌在前，战事十分凶险，想要急于解围锦州，兵马形势实在难以平缓。战死的士兵刚刚掩埋，受伤的战士也没有痊愈。半月之内，请再次下令决战，来缓解锦州之急。”但是兵部尚书陈新甲以兵多饷艰为由，主张速战速决，催洪承畴进军，崇祯帝诏令洪承畴“刻期进兵”，又分任马绍愉、张若麒为兵部职方主事、职方郎中督促决战。
崇祯十四年（清崇德六年，1641年）七月二十六日洪承畴在宁远誓师，率八总兵、十三万人，七月二十八日抵锦州城南乳峰山一带，明清双方在乳峰山战事胶着，清朝的兵马，死伤甚多。初战清兵失利，几至溃败。洪承畴将吴三桂列为首功，说：“吴三桂英气勇略，两年来，以清廉和英勇大大振奋辽东兵马的勇气，作战的气势更足，特别是此次作战战功犹多。”二十九日，洪承畴命总兵杨国柱率领所部攻打西石门，杨国柱中箭身亡，以山西总兵李辅明代之。此时明军士气正锐，皇太极对清兵失利心急如焚。
八月，皇太极带病急援锦州，史书记载此时皇太极正流鼻血，但皇太极不顾急病，昼夜兼行500余里，到达锦州城北的戚家堡（辽宁锦县齐家堡）。皇太极登山岗观看明军阵式，见洪承畴的阵势布置严整，感叹说：“人们都说洪承畴善于用兵，果然是这样的，我们的兵将一定要小心”。他看了很久，苦苦思索，见明军是“重兵集结在前，但是后队的疏漏很大”，便想出了破敌之法，对诸将说：“洪承畴的兵阵'有前权而无后守'，可以攻破了。”他根据明军首尾不相顾的弱点，定下掘壕围困断敌粮道之法，壕深八尺，上广一丈二尺，下极狭窄，仅可容趾，马不能渡，人不能登，有掉落的，没有容纳脚的地方，不能再次出来。在二十日这一天里，清兵拼命掘壕，从锦州西面往南，穿越松山、杏山之间的通道，一直到海口，连掘三道大壕，将明军包围起来，切断了其与后方的一切联系和粮饷供应。二十一日，洪承畴统兵进攻，双方激战，明军未能闯壕。
洪承畴与清兵决战于松山、锦州地区，皇太极秘令阿济格突袭塔山，趁潮落时夺取明军屯积在笔架山的粮草十二堆。此时，论兵力，双方人数相当，明军火器超过清兵，本可以决一雌雄，尤其是又已被清兵断绝了后路，只有拼死厮杀，方能死中求生，正是处于置之死地而后生的境遇，照说这八大总兵官应当督兵奋战了。可是，十几年来的连战连败，朝廷腐朽无能，调度无方，有功不赏，有过不罚，各级将领早已丧失斗志，唯知保命逃窜。
由于崇祯帝不顾实情一味催促，洪承畴被迫放弃了“且战且守”的“持久之策”，率兵匆匆赶来，此时仅有三天军粮，眼看粮道断绝，将士大为恐慌，多有逃跑之心。在此危急时刻，久经征战的洪承畴召集诸将会议，提出决战突围方针。说：“诸将当各自催促本部力战破敌，我们应迅速执行这一方法，解围就在此一举。”但诸将胆怯，不愿死战，主张逃回宁远。力主速战昏庸无能的兵部尚书陈新甲之亲信监军张若麒也反对决战，希望撤回宁远，这进一步涣散了将士斗志。洪承畴无可奈何，只好下令于明日突围，说：“以往诸位将领都说要誓死报效国家，如今正好有机会。虽粮尽被围，也应该明确告知诸位兵士：守是死，战也是死，如果奋力一战或许能够死中求生。我智术短浅决意孤注一掷，明天望诸位能够竭尽全力。”他分遣八总兵为左右路，准备于明日死战突围。皇太极于交战之后料定，明兵缺粮，夜里一定会逃跑，分遣王公将领进入汛地，阻截明兵。
大同总兵王朴一回营便率本部人马首先乘夜突围逃跑，结果各处兵马在混乱中逃跑，骑兵和步兵相互践踏，黑夜中，明兵大乱，死伤无数，不能分辨是哪路兵马。总兵吴三桂、王朴等逃入杏山，总兵马科、李辅明等奔入塔山。洪承畴等人突围未成，困守松山城（锦州松山区松山镇），几次组织突围，皆告失败，不久明朝的粮饷断绝，城中粮食短缺。松山副将夏承德遣人密约降清，以为内应。崇祯十五年（清崇德七年，1642年）二月十八日城陷，总兵邱民仰、王廷臣、曹变蛟被杀，洪承畴、祖大乐兵败被俘至沈阳，三月八日，祖大寿率部献城归降，清兵占领锦州。
崇祯十五年（清崇德七年，1642年）四月二十二日，清兵用红衣大炮轰毁杏山城垣，副将吕品奇率部不战而降，松山、锦州、杏山三城尽没，至此松锦大战结束。
洪承畴为表示忠于明室，宣布绝食，到了五月剃发降清。洪承畴投降以后，明朝不知道他已经变节，思宗闻之大震，辍朝特赐祭九坛，祭到第九坛的时候，又得到军报，说洪承畴降清，京城大哗。
松锦之战以清兵的全胜而告终，明朝经此一役，元气大伤，洪承畴与祖大寿相继降清。据《清太宗实录》记载：“是役也，计斩杀敌众五万三千七百八十三，获马七千四百四十匹，甲胄九千三百四十六件。明兵自杏山，南至塔山，赴海死者甚众，所弃马匹、甲胄以数万计。海中浮尸漂荡，多如雁鹜。”松锦大战标志着明朝在辽东防御体系的完全崩溃，明朝在辽东的最后防线仅剩下山海关的吴三桂部。
自皇太极即位以后，审时度势，对明清之间将不可避免的要进行一次大决战是作了充分的各方面准备的，如进行内政改革，加强君权，对外入侵朝鲜，与其结盟，征服蒙古，与其联合，于是孤立了明朝。因此，清不仅上下团结一致，而且又无后顾之忧。所以，它就有了充足的人力和物力投入这场战争，从而保证了松锦大战赢得胜利。
另外，皇太极在松锦大战中，战略打击目标的选择，作战时机的掌握，用兵方略和临阵指挥等方面都表现出卓越的军事才能。最为突出的是：他善于从失败中吸取教训，如以往八旗精兵良将善于奔袭野战之长，为了避其不长于攻坚城之短，因此在松锦大战中，始终采取围城打援的战术，不仅消灭了洪承畴率领的十三万援军，而且困逼松山、锦州、杏山的明军守将献城投降，摧毁了明军经营多年的宁锦防线，为进取中原铺平了道路。
松锦大战失败，致使关外明军精锐尽丧，松锦杏三城俱失，造成这种惨败的最根本的原因是明廷的政治腐败，在此战役中反映尤为突出的有以下几点：
盲目催战。当时崇祯皇帝、兵部尚书陈新甲等人，偏信“原属刑曹，本不知兵”的辽东监军张若麒轻敌冒进之言，一味催战。因此，洪承畴“轻进顿师，进不能突围，退不能善后，形见势绌，……遂使重臣宿将选率骁骑，十万之众，覆没殆尽”。
督监不和。蓟辽总督洪承畴根据关外兵力和锦州守将祖大寿“逼以车营，毋轻战”的意见，主张且战且守，步步为营，逐步向前推进以解锦州之围。而监军张若麒却反对，“振臂奋袂，扶兵之势，收督臣之权，纵心指挥”，于是明军“但知有张兵部，不知有洪都督，而督臣始无可为矣”。总督和监军两者互相掣肘，明军不知所从。
指挥失误。洪承畴虽然精通兵家权谋，由于考虑到个人的得失安危，所以屈从于陈新甲、张若麒等人的权势。当“陈新甲趣之，未免轻进以顿师”时，他就孤军深入；当“张若麒惑之，倏焉退师以就饷”时，他就率军南逃。因此，洪承畴在指挥作战上，表现出犹豫和动摇，这就必然导致明军失败。
将官畏死。明军在松山与清兵对阵时，兵员和火器都胜于清兵，本应决一死战以解锦州之围，但是一些明军将领畏死，却弃战南逃，如总兵王朴为了自己活命，不顾全军安危，违约先遁，造成明军松山大败。又如明廷为了解救洪承畴，命顺天巡抚杨绳武、兵部侍郎范志完率军赴松山解围，可是“皆敛兵不敢出”。
时人谈迁评价道：“九塞之精锐，中国之粮刍，尽付一掷，竟莫能续御，而庙社以墟矣！”
《清史稿》：承畴师十三万，死五万有奇，诸将溃遁，惟变蛟、廷臣以残兵万馀从。
萧一山：“太宗神谋勇略，制胜出奇，破明兵十三万，如摧枯拉朽，指顾而定。”
朝鲜人撰《沈馆录》认为，在此次战役中，虽然明军由于上层指挥的失误而遭遇惨败，但广大明军将士“视死如归，鲜有乞降者。拥荷其将，立于海中，伸臂冀蔽，俾不中箭，不失敬礼，死而后已”，蹈海死者以数万计，展现出了宁死不屈的民族气节。
崔瑞德《剑桥中国明代史》：1641年9月，总督洪承畴企图援助在锦州附近被围的明将祖大寿，但在山海关东北100英里的地方落入皇太极设下的圈套。一切救援的企图都失败了，在1642年的3月和4月，这两员明将先后投降。1642年4月8日锦州陷落后，明朝在长城以北的防御实际上崩溃了。
松山、锦州、塔山、杏山四城失陷，祖大寿举城投降，致使“九塞之精锐，中国之粮刍，尽付一掷，竟莫能续御，而庙社以墟矣！”京师大震，王朴以“首逃”之罪被逮捕，法司开庭审讯。御史郝晋发言：“六镇罪同，皆宜死。”“三桂实辽左之将，不战而逃，奈何反加提督”。兵部尚书陈新甲覆议，“但姑念其（吴三桂）守宁远有功，可与李辅明、白广恩、唐通等贬秩，充为事官。”独斩王朴，崇祯十五年（清崇德七年，1642年）五月十九日处死王朴。职方郎中张若麒被弹劾下狱，兵部职方主事马绍愉给予削籍的处分。吴三桂受到降级处分，镇守宁远。松锦大战标榜着明朝在辽东防御体系的完全崩溃，明朝在辽东的最后防线仅剩下山海关的吴三桂部。
从此，明朝山海关外，仅剩下宁远一座孤城，关宁锦防线彻底被摧毁。而此时清兵则加强了对明朝的军事压力，锦州落入满清之手后，取代了义州成为清兵伐明的前进基地，清兵采取更番驻防的办法在锦州前线屯驻兵力，并且征调朝鲜兵驻防，力图把锦州打造为蚕食明朝领土的前进基地。
面对清朝的步步紧逼，明人的危机感十分强烈。崇祯十六年（清崇德八年，1643年），辽东巡抚黎玉田题本称，“全宁仅马步四万余，瘦弱马匹数千余”，“堪战马兵仅三千”，且“分守于新旧十二城”，其余将士不过寥若晨星，面对“铸火造药百倍于我”，且虎视眈眈的清兵，如果不增派兵力，加强防守，后果不堪设想。可见，在松锦之战后，明朝用于辽东抗清前线的正面兵力十分单薄，无法满足对抗满清主力部队的需要，如果清兵进一步发动进攻，明军则无法做出有效应对。锦州正面的清兵防御森严，明军是无法突破的。对于清兵占据锦州，蠢蠢欲动，明朝几乎毫无对策，因为此时的明朝内部已经千疮百孔，由于李自成农民军进展神速，关内大批明军主力不得不聚集在河南周围围剿农民军，辽东防线虽然吃紧，但并没有获得明朝大批援军，因此只能维持消极防御状态。
在军队方面，明廷并非不知辽东前线的军队实力寡弱，对此明朝当局也做了一定的补救措施，他们令辽东镇自己募兵训练，新募兵额为三千人，负责人为辽东分练总兵黄诗。此人专门负责募集新兵补充辽东前线的损失，他在题本中称因为辽东前线连年用兵，“流离兵焚之余，虽经几番勾补招募难全”，表示交给他的募兵三千的任务很难足额完成，在短期内只能逐渐募集，逐渐训练。
明军实力严重被削弱，不仅兵力存在严重的缺额，且战马和大炮的数量十分匮乏，该年二月，黎玉田称宁远只有西洋红衣大炮十余位，而到了黄诗题本的六月期间，红衣大炮的数量也未增加，只有火力逊于红衣大炮的光明灭虏炮一百位，且募集的新军一切装备都没有到位，所以黄诗要求朝廷发“大炮二百位，三眼枪六百杆、盔甲一千顶副、大弓一千张、大箭一万只、腰刀一千把，用以教练、装备新兵。由于史料缺乏，明廷是否采纳了他的建议不得而知。从之后的史料来看，明廷并没有大规模增派兵力，顺治元年（1644年）山海关之战时，吴三桂的兵力不过数万人之数，兹可证明辽镇军兵并没有获得补充。
松锦沦陷后，明清双方都付出了巨大代价，明朝固然一败涂地，但做为胜利者的清朝方面的损失也很大，一时双方都无法展开大规模攻势。虽然如此，小规模冲突却不断发生。这说明清兵对占据全辽势在必得，且也拥有了攻占中原，取代大明王朝的野心，在崇祯十五年（1642年）和崇祯十六年（1643年），清兵曾发动两次对宁远等地的攻击，并取得了一定的战果。崇祯十六年（1643年），清兵派郑亲王济尔哈朗、武英郡王阿济格率军攻占中后所、前屯卫等地，这次清兵的目的是“往征宁远”，这次行动清兵调动了红衣大炮和其他火器，可见是有准备而来。九月二十三日，清兵大部队抵达中后所，“二十四日薄暮，移军城北，以云梯挨牌及红衣炮急攻之”。到了二十五日，中后所就被清兵攻占。二十八日，前屯卫被攻占。根据《清实录》中的记载，清兵的战果十分丰硕，中后所明军被杀四千五百人，前屯卫明军被杀四千余人，此外还有不少俘虏，可能有所夸张。明总兵李辅明、袁尚仁等战死，损失惨重。
清兵利用红衣大炮接连攻陷中前所和前屯卫，沙河卫和中前所被明人所放弃。但清兵此次进攻的最终目的在于攻占宁远，在宁远城外最后却遭到明军吴三桂沉重打击，被迫撤退对宁远的包围。根据明方的塘报来看，该年十月初八日，清兵六万余逼近宁远城下，“拥载大炮，排山倒海而来”，可谓气势汹汹，清兵“不知我阵内有炮，蜂拥直前”，明军“伺其渐近”而发射红衣大炮，清兵则“惊魂拉尸，踉跄望老营奔回，嚎哭一夜，至次日卯时分，尽皆开营向东北遁去”。
朝鲜史料《沈馆录》也印证了明军在此战中英勇抵抗:中后所、前屯卫两城将陷之际，城中公私家舍一齐放火，无论男女，各自烧死，资粮机械，亦皆烧尽。分叱不喻，沙河卫段收入于宁远，中前所段收入山海关，举皆称守城清野之，故欲进欲留，军无见粮，且孔耿二将以前锋伤损，其军兵有倍于清人，以此速还，以为修养进去之计。由此可见，明军奋勇作战和清兵损失之情况。此战之后，清兵没有发动对宁远的大规模进攻。但是，当时关外的中后所、前屯卫、中前所已为清兵攻占，宁远孤悬关外二百里，难于固守，所以从长远来看，明朝放弃宁远，退守山海关势在必行。
