农民军大战石河西，李自成又以部分兵力攻打北翼城。“此城逼山受敌”，农民军集中兵力直取，欲打开一缺口，占领山海关，因此“日夜狠攻”。负责指挥守北翼城的山海关副总兵冷允登拼死防守，屡次击退，又屡次进攻。至次日晨，农民军蜂拥强攻，竟直扑到城下，有的已登城，情况十分危机，冷允登只得率亲丁拼力堵击。“正在呼吸存亡之间”，急请三桂拨兵支援，及时赶到，才把已爬上城的大批农民军击落至城下。【《明清史料》丙编第5本，414页。】当地乡绅马维熙、刘克礼、吕鸣章等十人率乡勇“总理”和“协理”镇城与东、西罗城，而东罗城“孤当贼冲，危机劳瘁，倍于两城”【《明清史料》丙编第5本，449页。】。马维熙等备击农民军，保住了东罗城。
吴军在处于劣势的情况下，承受住了英勇善战的农民军的不间断的重击，与之大战一整天，曾几度危机，又几度转危为安。战况已显示出吴军的顽强战斗力，称得上是一支劲旅。这是其他各镇明兵所不能比的，也不是农民军向北京进军中所遇到的那些一触即溃的明兵。战况表明，吴军并不是如人们所想像，以为它不堪一击，农民军可以轻而易举得到山海关。事实的确不是这么简单。农民军要想彻底击败吴军，必须要付出更高的代价。
当天晚上，三桂见农民军锐气正盛，便把主力撤回关城，双方转为炮击不止，爆炸声在夜空中轰鸣，如天际的雷声，显得沉闷、有力，似乎大地也为之抖动，刚进至距山海关十五里外的清军不由得一阵心悸……
有诗为证：
逾日敌兵至，
接战西石河。
伪降诱贼帅，
游骑连北坡。
将令属偏裨，
尽歼副城阿。
遥望各丧胆，
逡巡返巢窠。
我兵亦退保，
竟夜严巡呵。【《临榆县志》，卷8，《舆地编·纪事》】
这十句诗说的正是二十一日一整天的战事。不事渲染，也无夸张，为我们再现了当时双方争战的一幅清晰的画面。
多尔衮刚出营，三桂的哨骑便来报告农民军已占领一片石。他当即命令诸王各率精兵向农民军发起攻击，图赖率前锋兵与唐通的骑兵数百人相遇，一举将其击败，生擒两人。【《清世祖实录》，卷4，16页。】又，《国榷》、《庭闻录》及《圣武纪》皆说唐通部两万人于一片石立营，并与清兵进行战斗。考其两说，李自成派唐通统率数百人出关一片石，兵力如此之少，不足与关内一侧农民军夹击吴军，似不大可能。《明季北略》载三桂“突围”出关外，面谒多尔衮，可见关外一侧仍受到唐通部包围。这表明清军已开始参战。这次战斗，规模不大，更激烈而又具有决定性意义的战斗，是次日的第二次石河大战。
吴三桂料定明日必有一场恶战。他为清军迟迟不进关而十分焦急，一夜之中，连续多次派使者至清营，敦请多尔衮尽速入关。据载：“三桂遣使者相望于道，往返凡八次。”【《明季北略》，卷20，495页。】中华书局，1983年版。处事谨慎的多尔衮始信三桂请兵可能真实。至下半夜，他下令清军向山海关移动，黎明时，推进到离山海关只有四五里的欢喜岭。欢喜岭，又叫凄惶岭，位于山海关以东四、五里之地。以往出征或戍人至此，因离家乡而至塞外，心情“凄惶”，戍人返归故乡，至岭，眼望山海关，以举足到家而“欢喜”。【见《临榆县志》】只见关上烟尘弥漫，听得“炮声大发”不绝。【《沈馆录》，卷7，2841页。】
到这时，多尔衮还没有完全释去对三桂的疑虑，他与阿济格、多铎密议说：“莫非吴三桂知道我南来，故意设此圈套来引诱我吗？我兵曾三次围过北京，都不能马上攻克，李自成却一举破之。看来，此人的智勇必大过一般人。现在他统大军亲至，志不在小。他是否欲乘此次战胜的精锐，有窥我辽东之意？不如分兵固守，以观察动静。”多尔衮对三桂、李自成都表示了怀疑，为慎重起见，他命令部队驻扎欢喜岭，屯兵不进。“高张旗帜，休息士卒。”【《明季北略》，卷20，495页。】岭上有一座威远台，筑有城堡，原是山海关前的瞭望哨所。他与诸王进威远台，继续观察动静，又遣使前往山海关，进一步等待三桂的消息。
三桂得知清军已至欢喜岭，还不见清军行动，又急忙派出山海关士绅冯祥聘、吕鸣章、曹时敏、程邱古、佘一元五人代表民意前去敦请。佘一元曾作叙事诗数首，专记此事经过，其中一首写道：
清晨王师至，
驻旌威远台。
平西召我辈，
出见勿迟回。
冯吕暨曹程，
偕余五骑来。
相随谒摄政，
部伍无喧豗。
范公致来意，
万姓莫疑猜。
煌煌十数语，
王言实大哉。
语毕复赐茶，
还辔向城隈。【《临榆县志》，卷8，18页。】
这首诗真实地记叙了他们五人面谒多尔衮的详细经过。佘一元首先点明清军在二十二日晨已到欢喜岭，三桂委托他们代表他去见摄政王多尔衮，并嘱他们速去速回，透露出三桂的急迫心情。他们到了威远台，多尔衮立即接见，还有范文程陪同，“赐坐赐茶，款接温蔼”【《临榆县志》，卷21，“事实篇·乡型”。】。范文程向他们说明清军此次出兵的意图，请他们转告山海关军民不需“疑猜”。多尔衮“煌煌十数语”，无非把他们出征前规定的政策及帮助三桂报君父之仇的堂皇之言解释一番，这使佘一元等五人置信不疑，倍加感激。说完，又一次赐茶，就告辞回关。从诗中所说，已知这次会见短促，因军情紧急，仅“十数语”而罢。
会见结束，多尔衮派范文程随同佘一元五人返回山海关，面见三桂，“晓谕军民”，通告清军即刻入关。范文程是清朝的高级决策人物，他的到来，对三桂是个很大的鼓舞。他跟三桂说了些什么，没留下任何记载。但范一去山海关，三桂即决定面谒多尔衮。这正是多尔衮所渴求的。他迟缓不进兵的目的是，迫使三桂亲自出马，当面把话说清楚。这里面当然包含了诱三桂投降的基本意图。
天已大亮，哨探不断送来农民军正在迅速集结，准备攻城的消息。三桂更是焦急。他感到此时必须亲自走一遭，当面敦请进兵。他点齐十余员将官、精骑数百，三桂出关迎清军的将士人数，各书记载不一，有的说“从数骑”（《鹿樵纪闻》），有的说“将数百骑突围出关外”（《平寇志》），有的更说“自率精锐千余骑出关”（《平吴录》），惟目睹此事的随征朝鲜麟坪大君得其真，说三桂“亲率百骑出城”，此说是（《沈馆录》）。出关“突围”，关上放炮助威，一口气驰至欢喜岭。
