洪承畴被逼到这种分上，也只有出兵了。七月底，洪承畴在宁远誓师后，率部向松山集结，总兵力超过10万。抵达松山后，洪承畴随即布阵，令诸将分驻城外各处，自己则坐镇松山城中，摆出一副解锦州之围的态势。
在八月初的交战中，洪承畴部尚略占优势。不过，随着皇太极亲率大军增援，局势便迅速恶化了。
八月初六日，清兵前线统帅多尔衮等人的奏报传到皇太极手中。皇太极不顾自己鼻血不止，于十五日亲率刚刚集结起来的各部兵马，于沈阳起程，火速赶赴松山前线，并于十九日到达。皇太极随即率部插入松山与杏山之间，切断了松山明军的后退之路。对松山展开了包围之攻势。
一时之间，形势陡转。
洪承畴及其10余万大军，一下子陷入了清兵重围，被困在松山这一弹丸之地，进不能依锦州，退不得归宁远。更严重的是，大军的粮草供应也无法获得，因为洪承畴为赶进军速度，冒险把粮草留在宁远、杏山和笔架山岛上。这样一来，洪承畴被逼入了战则力量不足、守则粮草已竭的绝境。
几番冲杀后，明军仍是撕不开清兵的防线，军心自然开始动摇。洪承畴认为，粮草已尽，守是死，不战也是死，还不如决一死战，或许还可侥幸获胜，因此他极力鼓动手下诸将率兵奋战。但诸路总兵至此已是心态各异了。
决战尚未开始，大同总兵王朴首先乘黑夜率部逃跑，并引起其他各路的溃逃。战场顿时大乱，士卒们丢盔弃甲，自相践踏，而清兵乘乱斩杀，死伤累累。最后只有洪承畴、辽东巡抚邱民仰及总兵王廷臣、曹变蛟等撤入松山城中。洪承畴只得收集残卒，令部分守城，其他则出城冲杀突围，但出城之部队不久就几乎全军覆没。
洪承畴、邱民仰、总兵王廷臣、曹变蛟及残部万余人，至此已被彻底困在松山孤城了。
松山之役，明军损失惨重。据清朝方面的记载，此役被斩杀的明朝官兵多达5万余人，被缴战马7千余匹，甲胄近万副。吴三桂、王朴、白广恩、马科、李辅明、唐通等战将虽冲出了重围，但也已是无兵之将了。更严重的是，辽东主帅洪承畴、邱民仰等被围在松山城中，锦州城也是危在旦夕了。
