清軍一直苦於無法攻破山海關，吳三桂的來信自然就像天上掉下的餡餅一樣。多爾袞立即命人修書回復，大體意思就是「清軍一直作為明朝的友好鄰國，看到明朝國內亂臣賊子以下犯上，大感不妥，願意『協助』吳三桂剿匪。希望吳三桂即日打開山海關城門，清軍自會盡遣兵力助力剿匪。」
卻說李自成這邊收到吳三桂聯合清兵一起抗擊自己時，他神態日若，可能是連場的勝利沖昏了他的頭腦，他沒有聽取謀臣們的意見，打算親自壓陣，親率主力部隊20餘萬農民軍克日趕赴山海關進行應戰。
公元1644年5月27日，山海關大戰一觸即發。李自成帶領所有兵力傾巢而出，連夜突襲，吳三桂節節敗退，吳三桂的關寧鐵騎退入山海關城內死守，吳三桂連夜命人送信向多爾袞求救，但多爾袞一直按兵不動。
此時，吳三桂在軍營內如熱鍋上的螞蟻，來回踱步，前來商議的將軍參謀無人敢發聲。最終還是由陳琛打破了沉默，「王爺，現在戰事形勢對我軍十分不利，唯一能營救我們的就只有清兵。」
「這我當然知道，我不已經命人送信向多爾袞求救了嗎？」吳三桂不耐煩道。
「大丈夫能屈能伸，王爺，你雖然也送信求援，但姿態還未夠低。清軍一直按兵不動，其實態度也很明顯，他想我們和李自成斗個魚死網破，然後坐收漁人之利，清軍此趟之行絕非聯合我們攻打李自成那麼簡單。」
吳三桂臉色一沉，「陳琛的言下之意是······」
陳琛直直點頭。吳三桂命人拿來紙筆，親書信函，內容上寫到「明朝真的氣數已盡，微臣一人難以逆天改命。素有良禽擇木而棲，忠臣擇明主而侍。今闖賊罪惡滔天，惡貫滿盈。我願投奔清朝，消滅闖賊，輔助清軍建立萬世不朽皇朝。」寫完，拿起剪刀把自己的一簇頭髮剪下，連同信件命人加急送向多爾袞。
「為今之計只能剃髮稱臣了。」吳三桂無奈地搖著頭。在場的將軍，謀臣全部面面相覷。此時，陳琛拍了手掌，「王爺，果真畢世人才，能在困境中快速地審時度勢，請收我陳琛一拜！」說罷，陳琛立馬單膝跪地。在場人員見狀，立馬全部單膝跪地，高喊「王爺高明！」
陳琛這一下給足吳三桂下台的面子，吳三桂自然是高興萬分。他把其他人全部送走，單獨留下了陳琛。
「陳琛，你說這一關，我們能過嗎？」吳三桂一改在眾人前的高傲姿態。
「王爺，關寧鐵騎的實力能擋清軍十餘年在關外，大可不必憂心。至於清軍的救援，絕對天亮之前就會趕到，畢竟我們真的倒下了，他們也沒有打敗闖軍的必勝把握。」
「報！」正在兩人交談正歡之際，探子領著戰報進來了。「城外闖軍以炮火突襲，我軍城門守衛死傷慘重！」
吳三桂雖然臉色鐵青，但還是鏗鏘有力的下達命令，「傳達我的意思，加強防守！給城門守衛全部配上盾牌，以守為主。城內鐵騎按兵不動，等待時機出去絞殺。」
過了半個時辰，信使帶著函件進來，「報！清軍多爾袞回信！」
吳三桂和陳琛兩人緊緊注視著這封信，這可是關係吳三桂軍隊的存亡，吳三桂迅速拆開，信上寫到，「平西王果真畢世英雄，我大清素來氣量廣闊，願吸納八方之才，既然大明氣數已盡，闖賊到處施暴於民，我大清願意入主中原，一統江山，造福萬民。我軍願意立刻出兵馳援關寧鐵騎。」
吳三桂與陳琛看到信件內容，立刻大喜，對著信使說，「傳令下去，全軍突圍而出，殺闖賊一個片甲不留。我和陳參謀將會親自壓陣督戰！」說完，吳三桂換上戰袍，領著陳琛到城樓。
到城樓後，只見城外火光萬丈，李自成站在中央大聲叫囂「勾結外族的賊子吳三桂，趕緊出來受死！」
吳三桂，絲毫不動聲色，大聲回應「闖賊，你謀朝散位，不得人心！我今天就以明朝將領的身份來收拾你！」說罷，吳三桂縱身一躍，從幾十米高的城樓運用輕功穩妥降落，陳琛看得目瞪口呆，沒想到吳三桂的武藝如此高強。只見他大喝一聲「全部人，給我上！！！」
雙方開始猛烈地廝殺，李自成的軍隊主要以步兵作盾，後排配上火器，而吳三桂這邊則是以擅長突擊的關寧鐵騎為主。雙方的廝殺陷入膠著狀態，但陳琛的眼睛從未離開過吳三桂，他看著吳三桂使得一手好劍法，所到之處，劍鋒逼人，每一招都置人於死地，比他學習的落英劍法要厲害百倍以上。
縱使吳三桂武藝再高強，雙拳也難敵四手，關寧鐵騎再驍勇善戰也無法抵禦闖軍的人海戰術，闖軍憑著人數優勢向城內步步逼近，關寧鐵騎且戰且退，此時，突然，一批身穿白衣戰服的軍隊此西北大舉壓上，吳三桂定睛一看，是正白旗清軍，多爾袞果然帶著軍隊來馳援了。李自成顯然對清軍的援救預料不及，闖軍頓時被清軍衝殺得陣型混亂，潰不成軍。
吳三桂軍隊藉助清軍之威，越戰越勇，一直追殺闖軍，李自成在親信的護送下得以逃離，此後未能東山再起，消失於人間。
經過這場山海關戰役，正式吹響了清軍入主中原的號角，而吳三桂因為這場戰役有功，正式進入清朝陣營。