硕托在逃跑过程中，另外一个护卫赫麟又被曹变蛟砍杀，硕托一度脱离追击，却又遇上了曲承恩率领的按计划引出虏军后回军攻击沈阳的一万东江骑兵被逼回拦截，最终也被曹变蛟斩杀，岱松率领原本想支援硕托的两千鞑兵也被曲承恩的一万东江骑兵以多打少歼灭，又前往麦子山汇合那里两千守军把最后的一千后金兵干掉，至此硕托带出沈阳的五千后金军全部歼灭，曲承恩和驻守麦子山的杨怀佐、毛有成见面会师，摆脱诱敌的危险处境，稍作休息，重新向沈阳合围。从辉山出发的另外一万东江军也赶到沈阳城外，开始了第二次攻城。
沈阳城里只剩下五千兵力和四万也可以动员守城的老弱妇女，墙城六百五十一个垛口，四个人警戒一个垛口需要2604人，也还有两千三百多人可以作为机动兵力，加上妇女和和五十岁以下的人，还有十二岁到十五岁的儿童都征调起来搬运防守用的滚木檑石、砖块铁弹、铁锅火油、金汁瓦罐等武器，临时也能拼凑出两三万作战和后勤人员。遇到吃紧时也可以临时调动妇女老弱助守，推云梯、砸石块、倒冰水这些事情，一个人力气不够可以几个人合力干，守城的力量还是足够的，这也是代善敢让硕托带五千人出城冒险的原因。
不过这次围城的东江军并没有着急攻城，第一天修建营帐、布置防线壕沟，还二天还是没有动静，到了晚上除了警戒值夜的士兵以外其他人都在睡大觉。越是这样，城里代善越是不敢放松，派出亲信到城墙上巡查，还派出十多人的小分队出瓮城，在城墙上制造一些动静，测试城上是否足够警觉，一番巡查下来发现了三十多个鞑兵打瞌睡，或者对城下动静没有警觉，全抓起来砍了示众。这样一杰守城的士兵都不敢有丝毫松懈了。
十七日晚上没有动静，到了十八日第二天白天，依然没有攻城，只是在营地里操练，晚上进营帐睡觉，十九日白天还是一样，沈阳城里的守军到了晚上经过这样的疲劳战术折腾，想不松懈下来体力也支撑不住了，代善也知道，派人巡查也没有先前严格了，标准放松了许多。到了半夜，曲承恩用几门威远炮对西北段城墙轰击，又开始了喊杀声，等后金军调兵加强西北段城防，又没了动静。
以后每隔一个小时就放几炮喊杀一阵，却不真正跃过两道护城壕直接攻城，最多派几千人到护城壕前又撤回，城里的后金军明知是折腾也不敢不作反应，只是作为轮休以免被累垮。但是攻城噪音也不可能对休息的人不造成影响，代善只能让守城军民苦熬到皇太极大军回来，二十三，最迟二十四日皇太极就可以回军，最多还有三天。
到了二十日沈世魁和满桂、赵率教带的东江、关宁合军一万九千人赶到，围城总兵力达到了四万一千，增加了不少火炮和攻城器械，城里压力大增，又开始人心惶惶。明军却还是一样把各种火炮运到护城河边对城墙放炮，像是训练炮兵，还是隔一个小时放炮轰一段城墙，让几千人推着攻城器械喊杀，但是绝不攻城，也不进入城上弓箭和铳炮射程范围，就像军事演习一样。只是增加了许多火炮，炮轰更密集了一些。城里的守军怕忽然哪一次真的攻城，只是死撑着不敢松懈，随时准备应对。
到了二十一日凌晨，沈阳城里守城军民被折腾了非常疲劳，思想上也松懈了，以为明军只是虚张声势，就是想调皇太极大军赶回，不会真的攻城，肯定会在皇太极大军回来之前撤离，不会迎头撞上。二十一日白天还是一样，到了二十一日半夜，又是朝西北段城墙开炮，几千军队推着攻城器械推进，城中守军已经习以为常。结果两里外一门红夷大炮开火，一声巨响，这段城墙被轰出一个大窟窿，震翻了城墙上的十几个守城士兵，甚至有五六个人没站稳摔下城来死掉。
崇祯和姜曰广运送到东江的船队物资里有四门红夷大炮，刘兴祚的咸镜镇也分配到一门重炮，这种威力强大的巨型火炮用来野战不方便，但是攻城正是专长。这次军事行动毛文龙也联络了咸镜镇的刘兴祚，咸镜镇初建不久，这次只出兵四千人，就携带了一门巨型红夷大炮，这种巨型火炮运输不便，路上才耽误了几天。
曲承恩一直不攻城，除了想折腾城里的军民，也是在等刘兴祚携带重炮在二十一日白天赶到，四千人并不显眼，加上守军已经也折腾累了，没有引起注意。本来一门红夷大炮也轰不开沈阳城墙，不过刘兴祚在后金时，暗中联络过一些参加过加固沈阳城墙的工匠，知道沈阳西北段的城墙有很大缺陷，明代修的老城墙就有缺陷，稍加敲击，有经验的工匠就能听出里面空心化了，参加改建的工匠痛恨建虏，没有说穿，只是在外层补砌了新砖了事。
刘兴祚把这个情报通报了毛文龙，东江军清扫沈阳外围时，找到了提供情报的两个工匠，精确指出了有缺陷的城墙位置，前几天用小型火炮轰击作出位置记号，后面趁着守城疲劳时派出四个拨夜兵潜入，挖掉四块砖，扩大里面的空洞放了二十斤火药又把砖块放回原处，等刘兴祚红夷大炮运到，进行精准轰击，引起火药爆炸一举轰破了城墙，轰出一个两丈多的大洞。
城外早就准备好的曹变蛟率领一千骑兵冲锋，马蹄上早就裹上了防滑布，迅速冲过护城壕的冰面，赶在两队攻城的东江步布之前沿着洞口冲进了城里，刘兴祚率领两千咸镜镇骑兵也紧随其后突进了城中，城里的建虏正处在惊慌中，只有几个悍勇的骑兵到破口处堵截，被曹变蛟砍杀，紧接着就被一千骑兵冲了七零八落或者被马蹄踩死。骑兵高速冲击下，两侧的回过神来的守城射出的箭矢也效果甚微。等其他方向的守军聚集过来支援，要堵住缺口时，已经有三千骑兵进了城。
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