这次东江军出兵，沈世魁是主帅，曲承恩、易承惠是副将。沈阳城洪武二十一年修筑，周长四千五百多米，高将近八里，外股有两条护城河，宽九米多，深两米五，四个城门。皇太极继位以后，又重新修，计划把城墙加高加厚，增修垛口、明楼、角楼，把原来的四个城门改成八个城门，城门外各自修建瓮城和月城，并且加宽护城河。这个改建计划工程浩大，还要一段时间才能全部完工。
目前只是把城墙加高加厚，高近十一米，女墙也有两米多，厚约五米半。另外东南城门改造完毕，堵上了原先的永宁门，左右两边增加了两个门，南边的内治门，北力的抚近门，两个门外围都修了瓮城和月城两重防护。瓮城门洞上面修了箭楼，月城门洞上面修了匣楼。共有垛口六百五十一个，明楼八座，角楼四座。后金把沈阳当成京城经营，下了很大功夫增修。
攻击这样的坚城需要大量的攻城器械、火炮和弓箭。这次六万东江军潜入隐蔽行军，携带的辎重和这些“重型攻城武器”不多，好在扫荡沈阳周边的屯堡庄园搜刮了不少东西，还找到许多工匠。这些工匠都是给后金制作防护步兵用的楯车，也会做攻城用的尖头木驴、木牛、木幔、云梯，以及让步兵渡过护城河的折叠壕桥。
楯车是一块大木板，包裹牛皮、铁皮，可以抵挡弓箭、鸟铳、石块的攻击掩护步兵推进野战，也可以掩护攻城兵抵进城墙。尖头木驴是装有两轮的车，横着一根大木头，也用生牛皮包裹，可以掩护十个人逼近城下，挖地道或者拆城墙。木牛则是用坚实厚重的木板做成木屋，包裹厚牛皮，装有四个轮子，同样是藏人掩护攻城的。
自从后金占据辽东以后，关宁明军不敢打野战，主要就是守城，后金主要就是攻城，建虏就需要人制造这些攻城器械，因此屠杀大量辽民，唯独保留了这些工匠逼他们制作攻城器械，如果制作得不好，就会被当成奸细杀掉，在这样末日生存淘汰下，所以沈阳城外的工匠基本上都擅长做攻城器械和兵器。
建虏占领沈阳以后，城里住的大部分都是建虏贵族和后金官兵和少量汉人奴仆和高级汉奸，其他汉人不是被杀就是赶到城外，其中就包括这些汉人工匠，正好和辽民一些被扫荡城外的东江军搜罗了起来，正好让他们和东江军的工匠兵一起大量制作攻城器械。
两天时间里赶制出两百多辆楯车，加上之前在沈阳城外各庄堡搜刮的物资中也有两百多辆，一共有了四百多辆楯车，还有同等数量的木驴、木牛和云梯。正好是冬天，护城河已经结冰，过河用的壕桥倒是不用建造了。
前两天器械不多，还是围而不打。第三天器械准备地差不多了，沈世魁下令开始攻城，派出一万人同时从四面齐攻，距离还远时，城上鞑兵发射火炮攻击，只是精度和射速都不高，造成的伤亡不大。过了护城河，城上开始放箭，东江兵损失变大。等到了城墙脚下，滚木檑石金汁就砸了下来，伤亡大增。还下来一些巨石，连不少楯车、木驴和木牛都被压碎。
士兵竖起云梯登城，不是被撞杆把云梯推倒，就是有些云梯没被推倒，正在登城的士兵被冷水淋浇冻僵摔了下来，少数登上城墙的士兵也被围攻寡不敌众被杀死。攻了两个小时多，沈世魁见伤亡巨大，战果很小，就下令停止攻击，撤了回来。
半夜又攻了一次，城里的鞑兵也早就已经作好准备，每个垛口都有六个人值守，两个人警戒四个小时，两小时轮换一次。不同的将领分管一段城墙，用传递令箭的办法防止有人瞌睡，还时不时从城墙上悬挂下士兵到城墙下查看动静，防止东江兵乘夜色潜到城墙脚下做手脚，称得上严防死守，无懈可击。
两次攻城造成了两千多伤亡，沈世魁、易承惠和曲承恩经过商量，都觉得继续攻城徒劳无益，只会白白增加伤亡。至少要等到里面的士兵疲劳懈怠了以后再攻击，第四天白天又是围而不攻。接下来却是造成了此战中第一次中了后金的奸计。
到了晚上，沈阳城里东北方向，忽然火光冲天，传来了厮杀声，曲承恩带着一千亲军，赶到东北面距离城墙百步外侦察，里面火光和浓烟更大，似乎有了在放火烧屋，还有兵器碰撞声和人被杀的惨叫声。游击曲承恩提出肯定是沈阳城里发生变乱内讧，正是大好机会，愿意带一万兵冲杀进去，里应外围可以大功告成。
这时从沈阳城外冲出几个人，一个空手和一个拿着长刀，脸上还有烟熏焦黑痕迹，两人左臂上都绑着一块白布。那个空手的人自称吴兴，是个木匠，在军营里做奴工，说守城东的鞑兵很多是原来叶赫部和鱼皮部落的，和建虏都有血仇。
现在趁着东江大军压境，围城沈阳，趁机联络两千士兵和城里的汉人奴隶，在今晚起义，已经攻占了东北抚近门外的瓮城和月城，正在和附近的建虏士兵厮杀。建议派大军入城接应，控制住抚近门，可以放大军进城攻克沈阳，左臂绑着白布的就是起义的城中军民。要是等城里其他各方建虏来援，夺回抚近门就错失了良机。
刘有功听到消息，马上提出愿意领兵接应，打开抚近门。当下招呼愿意一起立功的士兵，有很多东江兵和新加入的辽民大声响应，曲承恩略一犹豫，让刘有功带四千兵冲进去试探。却扣下了来报信的吴兴和另一个鞑兵。刘有功带着1000亲兵和自己手下3000精锐先冲杀了进去，曲承恩另外派千总杨志羔带一千人跟在刘有功军后，不过只推进到匣楼门洞停止观察，又交代他们推了三辆板车，交代了几句。
在城南矮山上的坐镇指挥的沈世魁看着城里东北方向的火光浓烟和喊杀声，略一思索就下令城南城西方向士兵发起攻城。如果后金制造的假相，想把东江兵吸引到东北方向重兵围攻，那就反其道而行之，攻击城里兵力薄弱的部分，如果真是城中军民起义，也可以减轻他们的压力，无论是哪种情况，从其他方向牵制建虏兵力总是有作用的。上百辆楯车、木牛、木驴、云梯逼近城墙开始攻城，城上又用火炮、滚木檑石和金汁冰水招呼。
刘有功带兵进入城中，被手臂缠着白布的鞑兵迎了进去，果然见两批人正在拼杀，地上已经躺下了一些尸体。经过匣楼门洞后，一大堆碎石砖块倾泄而下，在匣楼门洞前面堆起了一人多高的乱石堆把洞口堵住，足够短时间里阻止人通过，紧接着匣楼的匣门也缓缓落下，把东江军封在瓮城里。
原来正在拼杀的两批后金兵也都停止了表演，地上的假尸体也都站了起来，朝被封在瓮城里的东江军射箭，还抬出十几门早就准备好的翼虎炮轰击，除了刀牌手有盾牌可以抵挡以外，其他东江兵都死伤惨重，留在匣楼外的杨志羔带着的一千人也挨了一通滚木檑石金汁死伤不少。
幸亏杨志羔的一千人带着三辆板车上带着的三个钢轮发火柜，就是戚继光发明的踏发式地雷击发装置“自犯钢轮火”，也可以来用击发其他的火器，朝廷支援东江镇的物资就带过来一批，这次东江军也随军携带，之前围城两天也让工匠又制作了一批加强版，柜身加大，装火药加倍，一拉绳子转动钢轮摩擦燧石发火点爆了三大柜火药炸开了匣门，剩下的东江军赶紧撤离。
不甘心的后金兵在代善第五子巴喇马统率下带骑兵追击，刘有功带一千人断后，这一千人都是以前在辽东用木棒和后金兵拼杀过，又深入辽东用过换命打法的，现在虽然训练不足，不过已经换成了最精良的兵器，都毫无惧意死拼，用四百多条命拼掉了后金两百多人。
巴喇马本来就担心重蹈哥哥瓦拉达中计战死的覆辙不敢前冲，只在后面压阵，看一队东江兵突然转身拼命更疑心是诱敌之计，后面有大军等着合围，迟疑着没有敢全力追击，距城三里的曲承恩看到这种情况派都司毛有智带五千兵力过来接应，巴喇马黑夜中只见有一大批东江军冲过来，看不清有多少人，怕被攻进城门，只能下令撤回城中，黑夜中城墙上的炮火弓箭也难有准头，刘有功所率兵力总算脱险。
曲承恩一清点人数，刘有功带领的四千人只剩下一千五百多人，损失两千四百多人，杨志羔所带的一千人也伤亡了一百多人，合计损失了两千五百多人，报假信的吴兴和那个鞑子被押了过来，早就已经被打得鼻青脸肿，曲承恩审问他为什么要帮助鞑子欺骗坑害一样是辽民出身的东江军？吴兴只是承认自己猪狗不如，罪恶滔天，只求给他一个痛快。
杨志羔又问吴兴他帮着鞑子，自己能活命倒也算回事，可是帮鞑子坑害东江兵不惜送到自己的性命，这又是为什么？吴兴说他做了昧良心的事情，知道自己活不成了，让曲承恩杀了他就是。毛有智生气忍不住上去抽了他一耳朵，问知道是味良心的事情为什么还要做？
杨志羔猜测他可以是家人被鞑子要挟，吴兴承认自己罪恶滔天，也不求原谅，只求攻破城池以后不要为难他的家人。曲承恩问他真是为了家人才帮鞑子做事的？吴兴承认，说鞑子要挟如果吴兴不干，或者干了但是东江官兵没有上当，就要把他一家老小妻儿全部杀光，他这才答应了。毛有智一脚踢翻吴兴，责骂他不忍一家老小送了性命，就忍心送掉东江两千多士兵的性命？鞑子已经杀了多少辽人全家，就吴兴家要紧吗？吴兴伏在地上发抖，说不出话了。
毛有智建议把这两个家伙千刀万剐，告慰东江战死的士兵。其他人纷纷附和呼应。曲承恩拍板把那个鞑子砍了，留下吴兴。等破城之后，找到吴兴家人，全家处死。鞑子狠，所以他们甘愿为鞑子办事，他们就学学鞑子，看看以后还有谁再为鞑子来坑害明军。
吴兴痛哭流涕地哀求让他一人做事一人当，把他千刀万剐就是了，千万不要牵连他的家人。曲承恩不耐烦一脚踢开来，说对他们这些为虎作怅的汉奸宽仁没用，宽仁他们就帮着建虏坑害明军，坑害其他无辜，只能以牙还牙。谁敢再帮鞑子，利用汉人身份骗取信任来坑杀明军，就杀全家。毛有智听了以后也欢喜赞同，说就应该这样，就是按大明律，谋反助逆也该株连。当年萨尔浒之战，东路军刘綎也是因为听信了被鞑子俘虏的西路兵谎报军情才上了当。
刘綎军不仅被朝鲜军泄露了军情进了后金的埋伏陷阱，后金还派了一个被俘虏的西路军士兵，也是以他兄弟为要挟谎报军情，欺骗刘綎卸下了盔甲，撤去了防备。金庸《袁崇焕评传》推测是刘綎喜欢看《三国演义》学许禇战马超赤缚上阵，否则即便局势不利，以刘綎战力也能给后金多放点血，未必有后来屠杀辽东的凶残了。