張春的援軍提前六天到達，自南門入城后，便聞北城正在激戰，急至城頭觀戰，看到新任錦州參將施大勇的悲壯后，不勝感動，當即下令副將張吉甫、滿庫、王之敬率一萬兵為前鋒，本人親率副將張洪謨、楊華征、薛大湖、參將姜新等人領兩萬兵居中陣，另令遼東總兵吳襄率錦州守軍為后陣，盡起大軍出城與建奴決戰。
援軍到來，又有施部血戰壯舉，明軍士氣大盛，人人敢戰。四萬大軍出城直撲金軍鑲紅旗，連敗金軍備御胡里殘部并一個蒙古牛錄。
錦州城中突然殺出明軍大軍來，阿濟格猝不及防，敵眾我寡，單憑鑲紅旗一旗之力根本無法抵擋明軍。只得一邊急令額爾克、穆克譚、屯布祿領兩千騎兵拒敵，一邊派人向小凌河邊的三哥正藍旗求救。
正在帳中飲酒的莽古爾泰聞訊大驚，忙令部將勞薩、圖魯什率一千紅甲擺牙喇前去救援阿濟格，另派人速報于皇太極，請汗王速調各旗參戰。
收到急報后的皇太極也慌了，細作探明，明軍援兵最早也要在八月中旬到來，不想卻提前幾日來了。一來就出城決戰，完全打亂了皇太極的戰前布署。
驚慌中，怕鑲紅旗和正藍旗因為兵少抵擋不住明軍，從而導致大凌河防線全線動搖，便急令鑲白旗主十五弟多鐸率本旗二千擺牙喇馳援錦州，其余諸旗各調不等兵馬隨后跟進。
錦州城下，鑲紅旗因兵力較少，面對數萬明軍只能被動防御，明軍卻是越戰越勇，前鋒一萬兵火器齊發，直將鑲紅旗攆至雞鳴驛，又逼退至小凌河邊。
眼看明軍就要渡過小凌河，若是再敗，明軍就要接近大凌河，困在籠中的祖大壽必趁機出城，里應外合之下，明軍或許就真解了圍。大金此次傾國之兵而來便算做了無用功。
念及于此，莽古爾泰不顧自己手下只有一千紅甲擺牙喇，幾個牛錄兵，強令勞薩、圖魯什渡河直沖明軍前鋒，自己也身披鎧甲，手持大刀向明軍沖去。
正藍旗金兵被旗主悍勇鼓舞，均奮勇殺敵，明軍不料金軍突然殺出一支生力軍，前鋒多是步兵，抵擋不住，開始向后潰退。
張春見前軍松動，急令副將張洪謨、楊華征率僅有的三千騎兵沖擊金軍鑲紅旗，試圖逼迫正藍旗退兵。
已穩住陣腳的阿濟格得了正藍旗增援，咬牙不退，領著戈什哈舉著鑲紅大旗立在小凌河邊，傳下令來“敢退河一步者，斬！”并親手斬殺一名逃跑的牛錄額真，在此嚴令下，鑲紅旗只能死戰到底，一時間，張洪謨，楊華無法突破，戰事陷入僵持。
不久，金軍鑲白旗多驛部趕到，其余各旗援軍也相繼趕到。皇太極更是將汗王大帳移至小凌河對岸，督諸軍奮勇殺敵，并以漢軍旗炮器隔河轟射明軍，使得明軍傷亡慘重。
戰至末時，明軍已力疲，本就遠道而來，又未用過飯，將士饑餓，只一腔士氣勉強撐著。
見無法突進大凌河，熟知軍事的兵備監軍道張春知道事已不可為，最佳破敵時機已然失去，此刻再戰，只能是拿大軍命運做賭博，毅然傳令撤軍：后軍變前軍，前軍變后軍，依次而退，以火器遲滯金軍追擊。
接到撤軍令后，明軍各部立即開始后撤。
這場仗打得本就莫名其妙，明金雙方皆未做好真正決戰的準備，完全是意料之外的一場大戰，根本不在謀劃之內。故見明軍后撤，皇太極也不下令追擊，勒令各旗守住本陣便可。
豈料，鑲白旗主多驛也不知是年輕氣盛，見明軍后撤，立功心切，還是沒有收到命令，竟率本旗的紅甲擺牙喇渡河一路追著明軍打了過去。
渡小凌河，過長山，越雞鳴驛，多驛一路追至錦州城下。明軍也不與他糾纏，且戰且退。眼看明軍就要退入城中，多驛情急之下躍馬大呼，親率戈什哈向前沖去，不想一個不慎從馬上墜下，其馬也跑入明軍陣中。明軍見狀，立即殺出兩支兵來，要擒住落馬的建奴貝子。
所幸多驛運氣不錯，從馬上墜下后，竟然沒受什么傷。瞥見明軍掉頭沖他殺來，也有些害怕，急忙搶了部下一匹馬，這才逃回本陣，算是虛驚一場。
明軍見狀，也不追擊，全軍盡數撤入城中。
此戰，明軍陣亡游擊一名，千總四名，步騎兩千六百兵戰死，新任錦州參將施大勇重傷，生死未知。
金軍方面卻同樣也是傷亡慘重，正藍旗固山額真勞薩戰死，鑲紅旗備御胡里戰死，牛錄額真多諾依、諾敏戰死，傷亡人數也達到兩千人。
此戰，明金雙方基本打成平手，乃自萬歷年至今叫人揚眉吐氣一戰。戰后，錦州震動，寧遠震動，山海關震動，京師震動！
崇禎帝于乾清宮親書“統兵有方”四字賜于張春，又書“馬革裹尸”四字于重傷昏迷施大勇。
此戰，也使得皇太極不得不下令，錦州城中明軍不動，八旗各部也不可輕動。再有妄戰者，一律處死！
戰后，召來各旗貝勒軍議，要阿濟格將錦州城下發生的戰事詳細與各旗主說來，待聽說明軍有重甲騎兵且有悍勇統兵官后，皇太極久久不語。爾后，起身與諸貝勒說道：“明人懦弱已久，今卻有敢戰之將士，所謂匹夫一怒，尚血濺三尺，今明軍已非往日明軍，爾等萬不可輕視了明人，否則，必要吃大虧。”
又傳令總領漢軍事務大臣，西屋里額駙佟養性，要他務必在半月內再運二十門紅夷大炮至大凌河。
錦州城內，張春沒有自豪，此戰雖與金軍打成平手，但戰略卻沒有達到，大凌河城祖大壽部仍被金軍死死圍困，城內軍糧已近斷絕，若再不突破金軍封鎖，祖大壽和全城軍民便要玉石俱焚了。
為了能夠一戰解圍，張春與隨后趕到的孫承宗、遼東巡撫丘禾嘉足足議了三天，方才拿出一個三方都認可的救援方案。