明关宁守将，平西伯吴三桂，在崇祯急召下，放弃关外重镇宁远回援京师，但当他于三月二十日进抵丰润时，才得知京师已经陷落。吴随即率军返回山海关驻守。
李自成派居庸关降将唐通带本部人马前去招降吴三桂，许以封侯，还加上吴三桂父亲吴襄的一封信。唐通和吴三桂是老战友，曾一起参加过两年前的松山之战。吴三桂和老战友详谈后，收下李自成送来的银子，表示愿意投降。吴随即把山海关交给唐通，自己率部前往北京投降。
接下来的事，吴伟业先生在《圆圆曲》中有所描述，叫作“妻子岂应关大计，英雄无奈是多情。全家白骨成灰土，一代红妆照汗青”。
吴三桂到达永平时，碰到从京里逃出来的人，就顺便问问家里的情况。
吴：我家里怎么样？
来人：被李闯没官了。
吴：这是误会，我回去就会发还。那我爹呢？
来人：被李闯抓起来了。
吴：误会，这完全是误会，我回去就会释放的……陈夫人还好吧？
来人：也被李闯霸占了……
吴：来人哪，传令全军给大明皇帝戴孝，我要和李自成决一死战！
陈夫人，就是陈圆圆，本名陈沅，圆圆是她的艺名。明末史料里，有说抢去她的是刘宗敏，有说是李自成，莫衷一是。不管是被谁抢去，这一事件确实促成了吴三桂降清。
遥远的江南，一位美丽的歌女，碰巧被一位贵戚看上。这位贵戚将她带到北京城里，送给皇帝，随即又被遣出宫来。在贵戚府上的一次宴会中，一位青年将军迷上了她。贵戚将她送给将军，可偏偏将军驻防在边关，只得将她留在自己父亲老将军府中。流寇攻破了京师，老将军的府邸被抄，她也被流寇抢去。将军得信后，异常愤怒，竟然投靠了异族的敌人。他引来异族兵马，打败了流寇，抢回了歌女，但从此华夏之天下，沦入异族手中，将近三百年。
四月十三日，李自成见招降不成，亲率约十万大军出征山海关。
吴三桂清楚地意识到自己不可能同时对抗关内的李自成和关外的满清两支力量，他必须偏向其中一方。李自成既已不可能投降，那么能帮上忙的，也只剩下了关外的老敌人满清。
吴三桂明白，没有永恒的敌人，没有永恒的朋友。但李自成却不明白如此简单的一个事实。
满清在得知李自成攻占北京的消息后，已经发布了动员令，以努尔哈赤第九子多尔衮为大将军，明朝降将洪承畴等为参谋，以倾国之兵约十四万人“往定中原”。有没有吴三桂的投降并不重要，吴三桂的投降不过是给了满清一个更好的借口而已。
大顺军于四月二十日抵达山海关西南的石河一线，随即投入战斗，直到二十一日晨，大顺军仍未能突破吴军防线。李自成令吴三桂的父亲吴襄在阵前劝降吴三桂，吴三桂大呼：“父既不能为忠臣，儿又安能为孝子乎？”
到二十一日中午，大顺军后续部队相继赶到，恰逢吴军主力后撤吃饭，李自成方才击破吴军防线，直逼山海关下，猛攻西罗城与北翼城，同时派出唐通军自九门口绕出长城，从背后包围山海关。
吴军兵力五万人左右，处于劣势，急向多尔衮求援。多尔衮于二十二日晨移军山海关东北的欢喜岭，以便直接观察战场形势，但迟迟不肯参战。
李自成已经发现大批满洲部队出现在山海关外，但此时的他，处境极其尴尬。兵力对比上，清军号称有十四万骑，吴军也有五万人，大顺军仅有十万左右，若清军参战，则大顺军将处于绝对劣势。但如果转身撤退，清军和吴军的关宁铁骑都以机动性著称，即便大顺军骑兵可以成功撤离战场，步兵和大量辎重也将全部损失。
摆在李自成面前的难题是：本来只请一桌人，却来了四桌。当前唯一的办法，就是在清军参战之前，迅速解决吴三桂，夺下山海关。
大顺军不要命地猛攻关城。
吴三桂多次派使者去向多尔衮求援，但多尔衮却表示，希望吴将军能够剃头去见他。吴三桂只想借兵帮忙，而多尔衮根本就是要他投降。就这样投降异族，吴三桂是不愿意的，但李自成毫不留余地的猛烈进攻，使吴三桂动摇了。经过激烈的思想斗争，吴三桂终于剃头往见多尔衮。多尔衮要求吴军全体薙发，理由是非如此，清军无法区分敌我。
双方达成协议后，清军立刻出动，在山海关东北的围攻东罗城的唐通军首当其冲，遭到吴军与清军的夹击，几乎全军覆没。清军随即进入山海关，与吴军会师。
李自成得知清军入关后，将兵力收缩在石河一线，吴军和部分清军出关列阵，双方在此展开了一场规模空前的野战。吴军率先冲锋，大顺军迎击，在双方鏖战正激时，忽有狂风大作，沙尘蔽日。多尔衮抓住这个有利时机，将全军投入战斗，沿右翼包抄，将大顺军往海里赶。
骁勇的满洲骑兵势如山崩而下。
李自成在高岗上看见一支完全不同的军队冲入大顺军阵中，顿足道：“此必北兵也，三桂真挟北兵来耶！”他知道败局已定，随即策马撤离战场。吴军和清军一路追杀，大顺军惨败，战士伤亡无数，据说直到三年后，还有未收尽的遗骸。大顺军损失惨重，连权将军刘宗敏也中箭，身负重伤。
这是决定中国未来三百年命运的一战。
李自成固然是大败亏输，吴三桂又何尝是赢家？李自成随即杀了吴襄全家以泄愤，这就是吴伟业诗中所说的“全家白骨成灰土”。三十年后，吴三桂又在云贵举兵反清，兵败垂成，他本人忧愤病死，重建的家族也被毁灭。
兄弟阋墙而斗，又有谁能够胜出呢？