農歷八月初七，皇太極看到眼前的大凌河城已經構築完成，對于在農歷六月二十日，回報「明築大凌河城未果，止于四隅造台」的葉努等人很是惱怒。如果不是當時查探不實，這樣的城池一個來月怎麼可能就完成了？！
在重罰一干人之後，皇太極仔細分析了當前兩軍的形勢。根據大凌河城的處境，決心采取圍城打援的戰術。
于是，皇太極召集了滿蒙各位貝勒，正式傳令︰「為避免攻城造成我將士的重大傷亡，我們要采取挖掘壕溝，修築腰牆等手段，把大凌河城重重圍困。城中的人馬想出來，就把他們打回去。如果錦州方面派來援兵，我們就把他們擊退。論起打野戰，難道他們明人還是我們的對手？！」
滿大帳的親貴將領都哄堂大笑，都附和說皇上聖明，懦弱的明人離開了堅城，打野戰那是一無是處。
「傳我軍令，正白旗固山額真喀克篤禮，率本旗兵圍東面之北，貝勒多鐸率護軍在後策應。瓖白旗固山額真伊爾登，率本旗兵圍東面之南，貝勒多爾袞，率護軍在後策應。」
「正藍旗固山額真覺羅色勒，率領本旗兵圍正南面，莽古爾泰、德格類兩貝勒率護軍在後策應。」
「瓖藍旗固山額真宗室篇古，率領本旗兵圍南面之西，貝勒濟爾哈朗率護軍在後策應。蒙古固山額真吳訥格，率領本旗兵圍南面之東。」
「正黃旗固山額真額禮，率領本旗兵圍困北面之西；瓖黃旗固山額真額駙達爾哈，率領本旗兵圍北面之東，貝勒阿巴泰率護軍在後策應。」
「正紅旗固山額真額駙和碩圖，率本旗兵圍西面之北，大貝勒代善，率護軍在後策應。蒙古固山額真鄂本兌，率本旗兵圍正西面。瓖紅旗固山額真葉臣，率本旗兵圍西面之南，貝勒岳托，率護軍在後策應。」
「另外，蒙古各部落的貝勒們，你們各自率領本部兵馬圍困以上各處空隙。總兵官額駙佟養性，率領漢軍旗，攜帶紅衣大炮、將軍炮，扎營錦州過來的大道，別放明人的援軍過來！」
「總之，諸位都要各守其職，各守其地，不要放一個人一人出城，也不要放一個援兵過來。違令者軍法處置。」
皇太極下了這些殺氣騰騰的命令以後，各旗滿蒙將兵就分赴各處，先掃蕩大凌河城周圍各處明軍的小城堡，詭異的是，各處小堡竟然已經是空空如也，看來明軍已經先行撤離了。于是，接下來後金方面就開始圍著大凌河城挖掘壕溝。
「壕溝周長三十里，城與壕之間有三里。壕深一丈，廣一丈，壕外砌牆，高一丈，牆上有垛口。于牆內五丈外掘壕，其廣五尺，深七尺五寸，覆以黍秸，掩上其土，于周圍盡扎營。營外亦掘壕，深五尺，廣有五尺，防守既固，困于城內之人不能出，城外之人不能入。」
另外，後金方面選擇險要得當的地方，共扎下大小營盤四十五處，真把一個大凌城圍了個水泄不通。
皇太極為了迅速而準確地了解明軍的動向，又讓每個牛錄派出護軍一人，左翼四旗以總兵官阿山為主將，右翼四旗以參將勞薩及備御圖魯什為主將，前往錦州、松山一帶偵察敵情。
而明軍方面，又是另一番景象。首先，城內只剩下了祖大壽等人統領的關寧鐵騎約六千人，步兵六千人，除了這些部隊以外，還有各種民夫和少數商人總共不到三千人。比起原來的歷史上，平民少了七千多人，還少了騎兵近兩千人。
非戰斗人員少了一大半，可是糧食卻多了很多。事先的堅壁清野，從各處小城堡集來的糧草，加上黃復華先後送進來的五百多噸糧食，還有從松山，錦州方面緊急采購的糧食，足夠這一萬五千人熬到開春。
農歷八月九日，大凌河方面，明軍近一百騎出城。清軍重兵圍上，明軍殊死搏斗，最後時刻，被圍明軍用黃復華派人送來的手榴彈，與圍敵同歸于盡，後金方面也傷亡近百人。
十日，明軍又有騎兵和步兵共五百余人出城，攻擊後金固山額真額駙達爾哈的部隊。雙方混戰一場，明軍在被圍之前就主動撤退。達爾哈一直追到了城壕，明軍用手榴彈和連弩斷後，大部分退入了城內，傷亡不到五十人。後金方面損失也不下于此。
十二日，三百多明軍出城誘戰，裝著不敵，且戰且退。瓖黃旗將領五大臣之一的費英東扎爾固齊的第七個兒子圖賴輕敵狂妄，不知是計，當即率領手下軍士圍了上來，想吃掉這一小股明軍。隨後，額駙達爾哈也領兵進攻。兩黃旗一動，金兵看見圖賴和明軍交手了，以為是上面下了進攻命令，也都率兵參戰。就連瓖白旗的貝勒多爾袞也領著護軍沖殺進來。
「兩藍旗兵徑抵城壕，舍騎步戰，逼明兵入壕。壕岸明兵，與城上兵，炮矢齊發，兩藍旗兵乃退」。
祖大壽利用明軍原來就裝備的各種火器，還有新得到的手榴彈和連弩等向八旗軍發動猛攻，本來只是一心圍城的各旗準備不足，均受到不同程度的損失，其中以兩藍旗最為嚴重。祖大壽看到金兵越圍越多，而且重創敵兵的目的已經達到，便撤回了城中。
這一仗，擊斃後金方面副將孟坦、革職副將屯布祿、備御多貝、侍衛戈里等人，各旗傷亡近三百人。明軍取得了大凌河保衛戰的第一個重大勝利。
皇太極得知圖賴輕敵，違反軍令擅自行動，導致後金戰敗大為震怒。自此，皇太極嚴令後金兵不再進抵城壕與明軍交戰，以免傷亡，只是加緊包圍大凌河城。
雙方進入了相持階段，大凌河的祖大壽似乎放棄了突圍的嘗試，一心待援了。然而，一直等到了八月下旬，也不見錦州或是松山方面有任何行動，後金方面有所懈怠。
農歷八月二十八日，陰天，雲遮弦月。晚上天氣正合適好好睡上一覺。蒙古固山額真吳訥格，率領著本旗兵馬圍困著大凌河城的南面之東。
經歷了一天勞累，加上數天沒什麼動靜，這邊又不是什麼需要重要防守的地方。在大凌河城遠側的蒙古勇士們都酣然入睡了。
深夜，從海邊方向，二十名崇明黃家衛隊精銳，攜帶著輕型小鋼炮和三眼手槍，手榴彈，借著夜色的掩護，由小船運到二十里外以後，靠著時不時手電發出的微弱光芒，悄悄模到了這伙蒙古兵士營地的附近。
時間到了深夜三點，正是睡眠最熟的時候。
突然，這邊一支帶響的煙花升空而起，然後十多門小鋼炮的炮聲突兀地響起來。片刻後，炮彈就落在了蒙古軍營里。
大凌河城四門大開，城內一片鼓噪，四個方向都沖出了許多的明軍。其中真正的主力更是直撲受到直接攻擊的吳訥格率領的蒙古兵馬。
不到三十毫米口徑的炮彈威力並不大，直接命中目標，殺死殺傷的蒙古兵馬更是不到兩三個人。然而，在最不可能的時間和地點，遭受來自兩個方向的夾攻，其中一方還不知道是什麼來頭。
這部蒙古兵崩潰了，炸營了。
從睡夢中醒來的蒙古兵們，只能拼命用身邊的武器向著四周揮舞，以安慰自己驚恐的心情。人馬驚叫奔突，相互踐踏，完全無法組織起有效的抵抗。其他各部後金官兵也不知道具體情況，在這深夜之時，只能是安撫本部兵馬，守緊營盤。
炮彈繼續落下，沖近的衛隊隊員們根本不用選擇，盡情地向營盤內隨意投擲手榴彈。城中的主攻兵馬更是突進了蒙古營帳，早有準備，又有組織的明軍，痛快地進行了一番廝殺。
天終于放亮了，獲得大勝的明軍自然順利退回城內，後金兵在追擊時，遭到了地雷的阻礙，傷亡十多人。公元1599年，總兵王鳴鶴就在其所著的《火攻答》一書中，記載了地雷采用的「走線」方法，就是擊發裝置用繩索牽住，當繩索被拉動時就發火引起爆炸的方法。衛隊成員們在扔了一些手榴彈，打光帶來的少量炮彈後，也早已離去。
安排妥當的各部貝勒們來到經過了一番洗劫的吳訥格所部營帳，但見遍地狼籍。
旗幟紛紛倒在地上，被踐踏得不成樣子。到處都是死尸，和丟棄損壞的盔甲武器，胡亂交雜。不時還有一個個未死慘叫的蒙古軍士瞪著失神的眼楮，迷茫地看著他們。受驚的馬匹雖然已經被收攏，許多仍然在欄中焦躁不安，亂嘶亂踢。
吳訥格還算幸運，在左右親兵的拼死保護下，領著百來人沖出了大帳，只有左臂在亂軍中不知被誰給砍了一刀。大量馬匹，軍糧等都被明軍席卷一空。吳訥格的手下兩千余大草原上的勇士們，活下來還能用的不過兩三百人。