继之又对吴三桂道： "回去，令你的兵以白布系肩为号。不然，同样汉人，我无法分辨？可能会误杀。"说完，让吴三桂等先行回去，自己随即下令清军，从 南水门、北水门、关中门三路进关。布好阵势后，即向大顺军阵地发动猛烈冲击。大顺军虽然奋勇迎敌，无奈清兵以逸对劳，而且在数量上也占了很大的优势 ，故不久便败下阵来。清军乘胜追击，大顺军大败，兵员器械损失惨重，大将刘宗敏也负了伤。李自成只好连夜撤退。他们行经永平范家庄时，把吴襄处斩。
二十六日回到北京，又杀吴三桂全家三十四口。而吴三桂本人却在山海关战役结束这一天，被清摄政王承制封为平西王。这样，由于吴三桂的降清，大顺军终于被满清击败。从此明末农民战争由盛转衰。 山海关战役是顺、清之间关键性的一战，它决定着究竟是大顺朝还是清王朝建立对全国的统治。大顺军的失败，主要的原因是：李自成等大顺军领导人长期与明军作战，滋长了骄傲轻敌的思想，以为消灭明军天下定已，明败于两线作战，还有就是明朝进入了小冰河期，连年的蝗灾旱灾，产生的饥民，为农民起义军带来了源源不断的动力，明军的腐败战斗力低下，士兵的哗变起义也是农民军胜利的一种方式，又忽略了白山黑水间的满清，一个新兴的王朝。首先表现在，大顺军渡河东征时调集的兵员不够。当时，大顺军兵力总数在百万以上，但平定西北地区后派驻各地的军队数量过多，占领山西、河北、山东等地后，又在各战略要地分别驻军，导致兵力严重分散。因而在北京地区集结的军队只有十万兵力，用于对付吴三桂等部的五万兵力胜任有余，但要同强大的满洲贵族军队决一雄雌，就显得力量不够了。
其次，在用政治手段招降吴三桂之后，李自成派往山海关镇守的，只是刚刚投降过来的明将唐通所部八千人，没有派出农民军大将率领重兵协防。派到山海关地区的文官兵政府侍郎左懋泰和山海关防御使张若麒，都是大顺军进京以后从明朝官僚中选拔的。这也反映了大顺政权领导集团对辽东军事形势可能出现的新情况估计得很不够。
按情理分析，从万历末年以来，辽东军事冲突连绵不断， 特别是崇祯年间清兵几次攻入畿辅地区，造成朝野震惊的局面。要说李自成等人对此一无所知或漠然视之，是绝对不可能的。
