张存仁部几乎全军覆没，曹恭诚、韩大勋、裴国珍、陈邦选、李云、郑长春、刘毓英、窦明德、吴良辅、高光辉、刘士英、盛忠、胡弘先、祖克勇、祖邦武、施大勇、夏得胜、李一忠、张可范、萧永祚、韩栋……关宁军的半数骨干力量几乎被一网打尽，或死于炮击，或被杀红了眼的金军冲破阵型后击杀。

金军趁机攻击大凌河城，何可纲早有准备，待金军入城之后，便点燃了事先布置在城内各处的火药，与敌人同归于尽。尤其是武库的爆炸最为猛烈，何可纲本人就死于这场爆炸，城内积存的武器装备和文书档案全部毁于烈火。因为金军的动作太快，何可纲来不及烧毁全城，但还是让金军死伤数百，城内的民夫和伤病员被炸死烧死者数以千计。

战斗的惨烈超乎所有人的预期，金军重新整队之后，再次从左右两翼发起进攻。明军铳炮齐鸣，但火器粗制滥造，士兵又瞎放乱打，根本阻拦不住金军。眼见放火、放炮两招都拦不住金军，明军便有些慌了，金军不断掀翻战车，突破明军阵线，明军终于还是败退了。这一次还是吴襄和宋纬率先逃跑，各营随之纷纷西逃。

皇太极的本意是再设一道埋伏，截断明军退路，将之一网打尽。但由于去阿鲁科尔沁的兵马未回，还要分兵拦截大凌河守军，此策只能作罢。金军大举追杀明军，不过并不顺利，有的明军还在坚决抵抗。

张春竭力稳住阵脚，试图组织明军反攻，但是金军尾随着败军冲进了他的本阵。因为年事已高，张春不能像袁崇焕在广渠门之战中那样穿着被羽箭扎成刺猬都没事的重甲，他只在官服内穿了一件锁子甲。在这个全东亚烈度最高的战场上，这样简单的防护不足以让他在枪林弹雨中活下来。张春身中三箭二铳，死于阵中。

主帅的死标志着明军的彻底溃败，各路兵马都丧失了斗志，拼命逃窜。金军派出大批骑兵，追亡逐北，肆意攻击明军士兵的后背。参将张弘谟、杨华征，游击薛大湖等十多名将领皆死于乱军之中。幸好张春昨天的部署英明，这些败兵不必一路逃回锦州，在小凌河就有一处营盘可以据守。

小凌河营寨的大门紧闭，逃跑经验丰富的明军将领们知道，这是让他们绕到西门进寨。这种方法虽然可能导致明军在绕寨而行的过程中被金军追击，死伤很多人，但至少避免了金军尾随败军冲入营寨，大家一起完蛋。

祖大寿终究还是逃出来了，在金军的围追堵截之下，他的兵马只剩下不到一千人，混在败军中逃回了小凌河。大部分败军都进入小凌河营寨后，寨墙上的大炮便开火了，毙伤金军数十，把自家的散兵游勇也打死了不少。

金军经过刚才的苦战，已经十分疲劳，见明军凭营据守，料来也占不到什么便宜。金军没带任何器械，强行爬壕沟攻栅栏只是徒增伤亡。于是他们便见好就收，鸣金收兵。明军计点全军，只剩不足三万人。待确认金军远去之后，他们仓皇烧毁营盘，逃回锦州，大凌河之战就这样结束了。

整个大凌河战役中，守军及各路援军损失了四五万人，其中包括被金军俘虏的六千多人，主要是大凌河城内的民夫和伤病员。阵亡将佐数十员，连主帅张春都战死了。金军的死亡人数虽然也不少，但是连明军的十分之一都不到。

锦州明军经历了这场大败，无不垂头丧气，意志消沉。只有王瑾反而略感欣慰，因为只有他知道局面还可以更糟。