「又他媽是吳襄！」不止一個明軍將領發出了這樣的咆哮。金軍見兩翼無法取得戰果，便集中精銳騎兵，突襲了中路吳襄的兵馬。吳襄的表現比八天前那次強了一點，稍微抵抗了一下，但很快又落荒而逃了。
「我他娘的要是活著回去，一定把吳襄的狗頭擰下來！」祖大弼也顧不得吳襄是自己的妹夫，憤怒地咆哮著。但是他生氣也沒用，吳襄的臨陣脫逃造成了嚴重的後果。他的部隊人數最多，而且背後就是張春的本陣。洶湧如潮的敗兵們直接衝垮了本陣，兩翼原本在堅決抵抗的部隊也被帶著開始後退。
幸好張春有作戰經驗，早就知道天底下沒有比友軍更靠不住的。他事先就在戰車上攜帶了大量油料和硫黃火硝，趁著現在刮著西風，明軍占據上風口，張春下令縱火阻敵，為重新整隊爭取時間。
張春自己都沒想到這把火會這麼大。錦州到大凌河之間的土地長期無人耕種，長滿了荒草、灌木，秋季天乾物燥，這些易燃物被故意縱火的明軍一點，立刻熊熊燃燒起來。金軍猝不及防，被燒死燒傷不少，急忙後撤，就連很多吳襄的部下都被捲入了火中，慘叫聲不絕於耳，但沒人顧得上同情他們。金軍從猛烈的進攻中突然轉為撤退，陣型當然會出現混亂，兩翼的明軍便利用這個機會發起了反擊。
佐領卓納、管武備院事達穆布、二等輕車都尉朱三、佐領拜桑武、騎都尉尼馬禪、護軍校愛賽、雲騎尉瓦爾喀……一連串的金軍軍官或葬身火海，或被趁機進攻的明軍擊殺。大凌河之戰開始以來，明軍處處挨打，士氣漸趨消沉，但今日的勝利一掃往日的喪氣。
雖然由於剛才吳襄敗退的混亂，半數以上的明軍都在重新整隊，但整體態勢對明軍十分有利。前線部隊趁著火勢奮勇追擊金軍，被困於大凌河的劉良臣的弟弟劉良佐格外勇猛，騎著一匹花斑馬，追在金軍屁股後面大砍大殺。
皇太極當然不會這麼簡單就被打敗，金軍的預備隊立刻上前截住明軍，撤下來的隊伍迅速重組。明軍的追擊部隊敵不過金軍後續的援兵，只能退回。
就在此時，大凌河方向響起了隆隆的炮聲。
這炮並非針對帶頭衝鋒的祖大壽而發，而是用來伏擊張存仁的。皇太極早就料到祖大壽會趁機突圍，原本前幾天他想派人假冒明軍援兵，引祖大壽出城殲滅，但由於救援阿魯科爾沁部的兵馬未回，便耽擱了，一直拖到了今天。
皇太極的手筆很大，雖然遭到明軍東西夾擊，他依然認為勝券在握。他估計一旦在大凌河守軍突圍時伏擊了他們的先頭部隊，後續兵馬就會龜縮回城內，之後再強行攻城，勢必造成己方的巨大傷亡。所以，他下令放過明軍前隊，集中力量打後隊。
這是金軍自製的紅夷大炮第一次投入實戰，展現出來的威力十分可觀。四十餘發炮彈落入明軍的隊伍中，造成了巨大的混亂。由於排著準備衝鋒的密集隊形，明軍死傷慘重。副將孫定遼被炮彈直接命中，打爛了半個身子，劉天祿被一發跳彈擦到，左小腿被撕了下來。張存仁還想組織反擊，但一陣箭雨向他射來，他身中七八箭，有一支正中鼻樑，當場要了他的性命。
祖大壽知道張存仁被伏擊了，但他根本顧不上，只有往前沖才是活路。巧的是，他這邊打頭陣的是劉良臣。劉良臣帶著自己的親兵在前面開路，金軍由於一面迎戰明軍主力，一面伏擊張存仁，能用來阻攔祖大壽的兵力並不是太多，劉良臣奮力衝殺到了幾乎能看到自己弟弟旗號的位置，但他的運氣也到此為止了。他的戰馬因極度疲憊而栽倒，劉良臣隨即被衝上來的金軍殺死。
張存仁部幾乎全軍覆沒，曹恭誠、韓大勛、裴國珍、陳邦選、李雲、鄭長春、劉毓英、竇明德、吳良輔、高光輝、劉士英、盛忠、胡弘先、祖克勇、祖邦武、施大勇、夏得勝、李一忠、張可范、蕭永祚、韓棟……關寧軍的半數骨幹力量幾乎被一網打盡，或死於炮擊，或被殺紅了眼的金軍衝破陣型後擊殺。
金軍趁機攻擊大凌河城，何可綱早有準備，待金軍入城之後，便點燃了事先布置在城內各處的火藥，與敵人同歸於盡。尤其是武庫的爆炸最為猛烈，何可綱本人就死於這場爆炸，城內積存的武器裝備和文書檔案全部毀於烈火。因為金軍的動作太快，何可綱來不及燒毀全城，但還是讓金軍死傷數百，城內的民夫和傷病員被炸死燒死者數以千計。
戰鬥的慘烈超乎所有人的預期，金軍重新整隊之後，再次從左右兩翼發起進攻。明軍銃炮齊鳴，但火器粗製濫造，士兵又瞎放亂打，根本阻攔不住金軍。眼見放火、放炮兩招都攔不住金軍，明軍便有些慌了，金軍不斷掀翻戰車，突破明軍陣線，明軍終於還是敗退了。這一次還是吳襄和宋緯率先逃跑，各營隨之紛紛西逃。
皇太極的本意是再設一道埋伏，截斷明軍退路，將之一網打盡。但由於去阿魯科爾沁的兵馬未回，還要分兵攔截大凌河守軍，此策只能作罷。金軍大舉追殺明軍，不過並不順利，有的明軍還在堅決抵抗。
張春竭力穩住陣腳，試圖組織明軍反攻，但是金軍尾隨著敗軍衝進了他的本陣。因為年事已高，張春不能像袁崇煥在廣渠門之戰中那樣穿著被羽箭紮成刺蝟都沒事的重甲，他只在官服內穿了一件鎖子甲。在這個全東亞烈度最高的戰場上，這樣簡單的防護不足以讓他在槍林彈雨中活下來。張春身中三箭二銃，死於陣中。
主帥的死標誌著明軍的徹底潰敗，各路兵馬都喪失了鬥志，拼命逃竄。金軍派出大批騎兵，追亡逐北，肆意攻擊明軍士兵的後背。參將張弘謨、楊華征，游擊薛大湖等十多名將領皆死於亂軍之中。幸好張春昨天的部署英明，這些敗兵不必一路逃回錦州，在小凌河就有一處營盤可以據守。
小凌河營寨的大門緊閉，逃跑經驗豐富的明軍將領們知道，這是讓他們繞到西門進寨。這種方法雖然可能導致明軍在繞寨而行的過程中被金軍追擊，死傷很多人，但至少避免了金軍尾隨敗軍沖入營寨，大家一起完蛋。
祖大壽終究還是逃出來了，在金軍的圍追堵截之下，他的兵馬只剩下不到一千人，混在敗軍中逃回了小凌河。大部分敗軍都進入小凌河營寨後，寨牆上的大炮便開火了，斃傷金軍數十，把自家的散兵游勇也打死了不少。
金軍經過剛才的苦戰，已經十分疲勞，見明軍憑營據守，料來也占不到什麼便宜。金軍沒帶任何器械，強行爬壕溝攻柵欄只是徒增傷亡。於是他們便見好就收，鳴金收兵。明軍計點全軍，只剩不足三萬人。待確認金軍遠去之後，他們倉皇燒毀營盤，逃回錦州，大凌河之戰就這樣結束了。
整個大凌河戰役中，守軍及各路援軍損失了四五萬人，其中包括被金軍俘虜的六千多人，主要是大凌河城內的民夫和傷病員。陣亡將佐數十員，連主帥張春都戰死了。金軍的死亡人數雖然也不少，但是連明軍的十分之一都不到。
錦州明軍經歷了這場大敗，無不垂頭喪氣，意志消沉。只有王瑾反而略感欣慰，因為只有他知道局面還可以更糟。