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9月27日，明军又渡过大凌河，距离大凌河堡（广宁中左守御千户所）仅仅15里外的长山一带，明军马、步兵合营，四面布列大小铳炮迎接东虏建奴进攻。
这让后金天聪汗担心会贻误战机，因此当即就命令后金军在没有盾车的情况下，公然向明军阵营发动冲锋，就这样双方战线在大凌河与长山之间开战。
刚一交战不久，就让明广宁中屯卫总兵：吴襄，所率领的明军骑兵就败下阵来，再加上明宁远卫标统：吴三桂，担心他爹身体在打下去吃不消，便搀扶着他爹吴总兵传令撤军。
就这样明军骑兵跑得飞快，事后统计其损失不过137人，剩下的明军步兵依旧岿然不动，火器齐发炮声震天，铅弹打出的烟雾，以及箭矢、炮弹如雨下。
这才使得左翼的后金军甚至未能成功冲到明军阵前，而右翼的后金军则成功冲破了明军营垒，但明军战斗意志顽强复聚列阵，甚至纵火反击。
明山海卫监军为了成功扼制东虏骑兵，还动用了许多战车，各类战车上均配有火器，双方交战中，后金八旗兵冲锋了几次都未能成功，而明军战车阵则缓缓向前推进，眼看明军胜利在望！
可惜此时后金已经有了不少火炮，待明军们进入射程之后，后金火炮营的四十门重炮先后发射，把明军的阵营瞬间就打乱了。
关键时刻后金天聪汗连忙率军冲了上去，明军被杀得节节后退，各营明军相继出现了溃败情况，明山海卫监军见势不好，见风势向东，便打算使用火攻。
好在火势凶猛，及时扑向后金军，但依旧抵挡不住后金军队的攻势，外加增援的漠南蒙古骑兵，造成了明军大溃败情况。
明军火器营以及战车营、火炮营，还因大火发生了爆炸，使得明山海卫总兵：宋伟，本部5千军队几乎全军覆没，仅带数百千逃了出来，至于主帅明山海卫监军：张春，他还想扼制溃逃。
可是毫无作用，反而连他自己也被卷进了败退的大潮中，就在明军后撤的一路上，后金天聪汗还埋下了伏兵，斩杀不少逃窜的明军将士。
就在双方交战之际身处后金，且接到儿子亲笔书信的明将：黑云龙，便趁机杀了看守逃走，在大雨滂沱之夜，一路单骑狂奔回到了辽东都指挥使司广宁左屯卫。