就在大順軍即將擊潰關寧軍的緊要時刻，面對突然加入十餘萬清軍，李自成毫無準備，已是疲憊之師的大順軍面對士氣如虹的清軍虎狼，猝不及防之下陣腳大亂，幾乎一觸即潰，雖勉強撐住，但面對關寧軍以及清軍的兩面夾擊，大勢已去，迴天乏力。
一個時辰後，大順軍傷亡過半，瞬間崩潰。
敗局已定，李自成難以接受這個事實，被刺激得眼前一黑，差點墜下馬去。
“陛下，吳三桂竟與清兵聯合，大勢已去，快下令撤退吧。”牛金星在李自成旁邊勸說道，一面頭皮發麻的看著即將朝他們衝殺過來的清兵，雙腿有些發顫。
“撤！”李自成咬了咬牙，下令撤退。
然而，為之已晚，大順軍已經崩潰，李自成的命令更是令大順軍一片混亂，爭相往後撤退，一時之間被清兵和關寧軍尾隨追殺，十數萬大軍死的死散的散。
最終，李自成匆匆收攬了數萬大軍後，一路且戰且退，退往北京城，當李自成帶領殘軍敗退回到北京城的時候，先前隨他出徵的二十萬大順軍竟然只回來了不到三萬，百戰精銳幾乎損失殆盡，大順軍從此元氣大傷。
山海關之戰以吳三桂和清兵的最終勝出而告終。
經此一戰，關寧軍雖然也屬於勝利的一方，但也損失慘重，五萬大軍傷亡多達三萬，剩下的兩萬也都是疲憊之師，關寧軍也元氣大傷。
多爾袞趁此機會提出收編關寧軍，並當場封吳三桂為大清平西王，其麾下將領人人有封。
吳三桂心有顧忌，不想接受多爾袞的冊封，但形勢不如人，他若敢拒絕，必然被多爾袞當場擊殺，隨無奈之下接受了多爾袞的冊封，成為大清平西王。
為了致使吳三桂等人沒有反悔的餘地，多爾袞又提出讓吳三桂等關寧軍將領剃掉前額頭髮，結成與滿人一同的金錢鼠尾，以示誠意。
吳三桂等人不敢拒絕，在多爾袞的親自監督之下，關寧軍將領全部被剃成與滿人同樣的金錢鼠尾，這也代表著關寧軍正式臣服於大清的麾下。
經過一夜的休息，清兵馬不停蹄的撲向北京城。
精銳大軍損失殆盡，李自成認為北京城不可守，便在牛金星等人的勸說下，帶領大順軍撤出了北京城，並放棄了整個河北，大順軍撤往山西河南等地。
山東濟南城，數日前徐州總兵李化熙率領徐州軍進入山東併入史可法麾下，如此，史可法大軍多於劉宗敏大軍，濟南城穩如泰山，劉宗敏無力在攻取濟南，便率領大軍退往德州。
史可法本想趁勢追擊，但卻被李化熙暗中拖延，當史可法終於強壓李化熙率軍北上的時候，劉宗敏早已經接到李自成的將領放棄德州退往河南去了，德州被清兵先一步佔領，山東門戶大開，史可法雖怒，但也無可奈何，只能先將訊息傳回南京城，等待朝廷的決定。
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