袁崇焕率五千骑兵急速追赶，士不传餐，马不再秣，两天两夜急行军三百多里，竟比满军早到北京三日。
崇祯见袁军赶到，喜出望外，立即召见袁崇焕，赐御馔和貂裘，但袁崇焕要求让士兵入城休养，却没被批准，只得驻扎在广渠门外。
皇太极率军一路上攻来，到高密店时得知袁军已到北京，惊魂不安，以为袁军从天而降。
二十日，两军在广渠门会战。
袁崇焕令戴承恩在广渠门列阵，祖大寿于南面列阵，王承胤在西北列阵，袁崇焕在西面列阵以备战。
中午时刻，清骑兵从东南面进攻，祖大寿率兵奋力接战，而王承胤却拔阵向南避战。
清军力战祖大寿不下，于是撤退，明将刘应国、罗景荣等人率兵进行追击，杀伤清兵千余人，而明军死伤也很多。
收兵后，皇帝朱由检用酒食犒赏军队。
袁崇焕有派遣任守忠率领五百人用火炮轰打清营，清军撤退，京都之威遂解。
这一仗，与宁远之役、宁锦大捷大不相同。
袁崇焕并非据城固守，而是面对面的单挑，其实在军事形势上，他并无优势可言……