努尔哈赤只剩下了三天的时间，如果攻不破辽阳，那他就必须回撤。由于明军实行坚壁清野的政策，使得李永芳所部根本无法收集到足够的粮草来供应大军。
于是他不再试探，也不再寄望于内应，他动用了全部力量，楯车、云梯、攻城槌、火炮……所有能用的手段都被搬了出来，日夜不停地猛攻辽阳各门。箭矢如蝗，炮火连天，辽阳城仿佛暴风雨中的一叶扁舟，随时可能倾覆。
然而，熊廷弼早已做好了万全准备。城墙被多次加固，守城器械充足，士气虽然经受着极限考验，但在熊廷弼的坐镇指挥和侯世禄等将领的身先士卒下，依旧顽强。每一次后金军的猛攻，都在城下留下了大量尸体。
攻城战持续了数日，惨烈无比。后金军一度凭借悍勇登上城头，又被明军以血肉之躯硬生生推了下去。城墙多处出现破损，军民冒着箭石奋力抢修。城中存粮虽足，但伤亡数字在不断攀升。
努尔哈赤焦躁不已，时间依然不在他这边。就在他准备发动一场更疯狂的进攻时，坏消息再次传来：
“大汗！有个叫毛文龙的家伙得到了明军的支持，趁着我方守备空虚之际，趁机攻取了镇江，佟养正父子被俘，镇江告急！”
注：1621年（天启元年）明朝游击毛文龙在镇江，率领毛承禄、尤景和、王辅、陈忠等一百九十七名勇士，深入敌后，俘获游击佟养真献俘阙下，随后攻克双山擒斩缪一真，随后又促使宽奠、汤站、险山等城堡归降，形成“数百里之内，望风归附”的局面，此役史称镇江大捷。毛文龙也由此从一名游击，被破格提拔毛文龙为副总兵，正式开启了他的辉煌人生。
毛文龙此次行动，虽然并不是受到辽东巡抚王化贞的命令，但却是锦衣卫在背后秘密主使的一次行动。
努尔哈赤得知这个消息的时候有些不信，“什么，我不是命阿敏驻防后方，牵制那批在背后捣乱的宵小之辈吗？阿敏吾侄儿，是如何看护家园的？”
不过他很快就知道此次攻取辽阳已不可取。
他望着依然巍然屹立的辽阳城，又看了看身后疲惫不堪、士气开始低落的将士，终于意识到，这一次，他恐怕真的无法拿下辽阳了。
“熊廷弼……好，很好！”努尔哈赤咬牙切齿，却不得不面对现实。
权衡再三，努尔哈赤发出了他极不情愿的命令：“撤军！”
万历四十八年（泰昌元年）秋，努尔哈赤在辽阳城下遭受了自起兵以来最重大的挫折。
虽然他攻占了沈阳以及辽河以东的大片土地，并掠获了一些人口物资，但未能实现其战略目标——攻克辽阳，彻底摧毁明军在辽东的统治核心。
明军则以辽阳-广宁-锦州为核心，重新构筑了一条相对稳固的防线。尤其辽阳以西的各个堡垒均由南方兵马驻守，对后金的南下起到了极大迟滞作用。
而这场围绕着数十万百姓南迁与辽阳攻防的惨烈战事，以其独特的“堡垒迟滞”战术和坚壁清野策略，成为了明末辽东战局的一个重要转折点。
