崇祯二年（1629）十一月二十日，关宁军在广渠门外布阵。

明代中后期，为应对蒙古的南下袭扰，加上城外百姓众多，为加强京师防备，嘉靖三十二年（1553），朝廷决定加筑外城，原计划建造一座可环绕京师四面的外城城垣，从正南开始修，转而北上。但加筑外城耗资巨大，修着修着朝廷就没钱了，只得将内城南墙与修好的外城相连，形成北京城的“凸”字形轮廓。

北京外城共有7座城门，广渠门位于外城东垣正中偏北，前有箭楼，后是城楼。嘉靖四十一年（1562），又在广渠门的箭楼与城楼之间加筑瓮城，以加强防御能力。

袁崇焕将部队分成三队：一队由总兵祖大寿统领，列阵南面；一队由副将王承胤统领，列阵西北；督师袁崇焕亲率一队居中，形成“品”字形大阵，严阵以待。

皇太极亲自指挥后金军对北京城外的明军发起总攻，后金军兵分两路，皇太极亲自指挥右翼四旗攻德胜门，三贝勒莽古尔泰指挥左翼四旗攻广渠门。

莽古尔泰也将所部分成三队：第一队是各旗额真带领的护军；第二队是阿巴泰、阿济格、多尔衮、豪格的四旗兵外加蒙古兵；第三队是殿后的莽古尔泰、多铎护军，还有2000蒙古兵。多铎因年幼留在后面跟着莽古尔泰压阵。

这次会战，后金军中有许多蒙古兵参战，对面明军的关宁铁骑里也有许多蒙古兵，虽然都是蒙古人，此刻却是各为其主，兵戎相见。

三贝勒莽古尔泰率领贝勒阿巴泰、贝勒阿济格带领左翼四旗及蒙古骑兵数万，向明军压来。后金先锋豪格率先击溃王承胤部，王承胤率部南逃，豪格尾随杀到本阵。莽古尔泰率主力从正面围攻祖大寿、袁崇焕，明军且战且退退至城壕，主帅袁崇焕也不得不亲冒矢石，率队冲锋，双方骑兵往来冲杀，箭如雨下，袁崇焕的身上插满了箭，好在护身的铠甲够结实，后金的阿济格也被明军的弓箭射中差点归西。双方你打过来，我打过去，反复拉锯，明军经过苦战将后金军击退。

此战，后金军先是击溃明军左翼王承胤部，接着围攻袁崇焕的中军。随后，明军右翼祖大寿部发起反击，击退后金军，双方陷入混战，互有攻守，然后各自收兵。

广渠门之战既不是关宁军喜欢的凭坚城用大炮，也不是后金军擅长的骑兵野战，而是一场背城野战，双方势均力敌。但对防守一方的明军来说，击退了敌人的进攻，也算是一场胜利。

十一月二十一日，守城明军打开德胜门，让满桂率领的宣大军在德胜门瓮城休整。

十一月二十三日，崇祯在平台召见袁崇焕、祖大寿、满桂、黑云龙，袁崇焕说将士们连日征战十分辛苦，请求入城休整，但崇祯没有答应。袁崇焕觉得来自山西的宣大军都可以进入瓮城休整，他率领的来自辽东前线的关宁军也应该享有同等的待遇。但结果就是宣大军进城休息，关宁军被拒之门外。崇祯对两军的差别对待，传递的信号已经十分明显，那就是对满桂的信任，对袁崇焕的不信任。

十一月二十四日，城外的皇太极也调整部署，屯兵南苑。

十一月二十七日，后金军再次对北京发起攻击，这次他们的目标是左安门，袁崇焕率领的关宁军又一次挡住了敌人的进攻。

两天后，皇太极率军撤退，但并未走远。

十二月初一，崇祯在平台再次召见众将，会议内容是粮饷，可当满桂、袁崇焕、祖大寿等人来到平台后，崇祯却突然下令逮捕袁崇焕。因为事发突然，在场众人被惊得目瞪口呆，特别是跟着袁崇焕一起来的关宁军将领祖大寿浑身颤抖。主帅被批捕下狱，事情的发展超出了祖大寿的想象。而祖大寿接下来的举动也令满朝文武大吃一惊，袁崇焕被捕后，祖大寿不告而别，率领关宁军出走，回宁远去了。

皇太极听说袁崇焕下狱，亲统大军回师卢沟桥。明军副将申甫率兵7000迎战，被后金军围攻，全部战死。京师再次陷入危机。

这时，京城最能打的就是大将满桂了。于是，崇祯将城外明军的指挥权交给满桂。十二月十七日，总兵满桂、总兵孙祖寿、总兵黑云龙、总兵麻登云率领4万明军在永定门外与后金军再次大战。结果，明军惨败，满桂、孙祖寿战死沙场，黑云龙、麻登云被俘，但后金军损失也不小。

崇祯再次起用孙承宗，孙承宗派人拿着袁崇焕的亲笔信去追祖大寿，祖大寿读着袁崇焕的信泪如雨下，全军大哭。以大局为重的关宁军重返战场，京师才转危为安。