可最终明毅宗：朱由检，经过深思熟虑后，还是决定启用孙督师，便让孙督师连夜从老家保定府高阳县赶来京师，还任命他为；兵部尚书兼中极殿大学士，督理京城军务。
派他前往通州三卫督理兵马钱粮。
其次明毅宗又手谕袁督师让他调度各镇援兵，此时共有四个镇的明军前来勤王，除了袁督师的关宁军外，还有明昌平州总兵：尤世威，驻密云后卫、明大同总镇总兵：满桂，驻顺天府顺义县（营州左屯卫）、明宣府总镇总兵：侯世禄，驻顺天府三河县（兴州后屯卫、营州后屯卫）。
再次加强了对京师内城、外城、皇城、紫禁城，这四城的防御体系。
随即明毅宗也开始下令，让在京官员、皇亲国戚、功臣宿将，带着自己的家丁都到城墙上，去协助巡逻和守卫，另外还把大明天子上直亲军26卫给抽调出来，配合五城兵马司、京军三大营共同守城，仅保留腾骧四卫作为御前护驾卫队。
同时还让十二监、四司、八局的宦官们也都前来守城，并由之前从顺天府顺义县（营州左屯卫）退守下来的宣大明军们，负责驻守在北部内城德胜门外。
很快在11月20日，后金蒙古联军就大举兵临京师内城城下，附近卫所驻军要么入京勤王，要么继续固守卫所，要么四散而逃！几乎京师周边所有兵力都在源源不断地集结。
同时明毅宗也任命多位官员，协理京营戎政，练兵筹饷，料理守御，但京师已有很多年没有经历过战争了，这就导致了城防疏薄单弱。
但是前方战况却是一触即发，京门初战首先在内城德胜门外打响，城外的明军，主要是明大同总镇总兵：满桂、明宣府总镇总兵：侯世禄，的勤王部队，外加参加战斗的城上卫戍以及附近退入京师的驻军。
巳时，后金天聪汗：爱新觉罗·皇太极，亲率后金大贝勒：爱新觉罗·代善、后金镶蓝旗和硕贝勒：爱新觉罗·济尔哈朗、后金镶红旗贝勒：爱新觉罗·岳讬、后金广略贝子：爱新觉罗·杜度、后金正红旗贝勒：爱新觉罗·萨哈廉，等将领并统领右翼后金四旗，以及右翼漠南蒙古科尔沁骑兵，向德胜门的宣大明军部队发起猛攻。
同时城外的宣大明军，联合城上的京军五军营、北镇抚司锦衣卫、府军后卫、定边卫、金吾后卫，等明军一起抗敌。
而后金蒙古联军方面，以大明叛将后金二等总兵：佟养性，为主带着五百汉军火炮兵抵近明军营垒前发炮，先发神威铳能炮轰炸，而这后金汉军火炮手们一发炮，守城明军们也慌了神，城上城下的明军纷纷用火铳火炮来还击。
之后就由后金大贝勒：爱新觉罗·代善，率领两红旗的白甲兵和2千漠南蒙古科尔沁骑兵从西面突击、后金镶蓝旗和硕贝勒：爱新觉罗·济尔哈朗，还率领正黄旗以及本部镶蓝旗从明军东面冲杀。
当时德胜门宣大明军的部署是，明宣府总镇总兵：侯世禄，的二千宣府军在左侧（即西面），明大同总镇总兵：满桂，的五千大同军在右侧（即东面）由明宣化总镇巡抚：郭之琮，坐镇指挥。
与此同时大同明军也主动向后金火炮手率先发起了反击，因为后金汉军炮兵们对于守城作战的明军来说颇具威胁，所以宣大明军就打算先歼灭这股敌军。
这也是后金火炮手们大概没想到明军敢于主动出击，因此反被打了个措手不及。
其中后金正黄旗、镶蓝旗的白甲兵合计只有750人，而大同明军足有5千人马，且多为骑兵和火铳手。
因此后金白甲兵虽然是精锐，但大同明军也算是大明边军之中比较能打的部队，更何况还是满总兵这员盖世猛将，所以后金白甲兵有些招架不住了，多半后金白甲兵都是直接丢下后金二等总兵的汉军火炮手不管，独自撤退了。
等周围的后金白甲兵一撤，后金汉军火炮手们阵地就暴露无遗了，导致后金二等总兵所部当即被大同明军包围。
这个时候，后金一等总兵：舒穆禄·扬古利，见状立马带领5百御前八旗军赶来增援，冲入大同明军阵营中营救，最终只带领十人拼死杀出重围。
另一边待两支后金蒙古联军边杀边冲的打到城下时，城上的京军五军营、北镇抚司锦衣卫、金吾后卫、府军后卫、定边卫等纷纷举起；三眼神铳、鸟铳、拐子铳、掣电铳、迅雷铳，又发大连珠炮、霹雳炮、青铜弗朗基炮、红衣大炮来轰炸后金蒙古联军。
然而关键时刻在城外厮杀的宣大明军，因为处于抗击的第一线，因此伤亡惨重！
这样明宣府总镇总兵：侯世禄，不仅心生退意，毕竟他本部兵马在蓟州就被袁督师扣留了二千人马以及大部分火器跟火炮，因此不敌东虏与北虏，外加明宣化总镇巡抚：郭之琮，首先下令退出战斗。
故此只剩下明大同总镇总兵：满桂，率军独自拼杀，城上的明军开炮配合作战，但却因硝烟太大，而大同明军又距离后金蒙古联军比较近，导致误伤了许多明军！
再加之与后金蒙古联军激战，才导致明大同总镇总兵身中20箭、刀伤16条，但依旧顽强的打退后金蒙古联军的进攻。
此事被明毅宗信王崇祯帝：朱由检，得知后急忙下令撤回明大同总镇总兵，让他在城外的关帝庙内休息。
接着广渠门外也发生了激战，由后金三贝勒：爱新觉罗·莽古尔泰、后金正蓝旗和硕贝勒：爱新觉罗·阿巴泰、后金镶白旗台吉：爱新觉罗·阿济格、后金和硕额真：多尔衮、后金和硕额真：爱新觉罗·多铎、后金天聪汗长子：爱新觉罗·豪格，等率领左翼四旗白甲护军4万人及漠南蒙古内喀尔喀骑兵2千人，攻击广渠门外驻扎的关宁军。
当时明辽东总镇经略：袁崇焕，麾下有九千关宁铁骑，见敌人来袭退无可退的情况下，才仓惶迎敌，他立即传令明宁远卫都司：戴承恩，让全军入营垒，再让明辽东总镇总兵兼征辽前将军：祖大寿，在南、明宁远卫总兵：王承胤，在西北、他则自率亲兵在西，结成〈品〉字形阵，阙东面以待敌。
首先由后金军的前锋正蓝旗、镶白旗、正白旗、镶黄旗，一起直扑明征辽前将军：祖大寿，的东南角而来。
四旗后金军与漠南蒙古内喀尔喀骑兵们，在即将与明军接战时，后金蒙古联军们才又发现了宁远卫明军阵营，因此一部分后金蒙古联军(即豪格部)又向北，直冲击宁远卫明军，使得明宁远卫总兵急忙下令南撤躲避。
而其余三部后金蒙古联军依旧直冲辽东明军阵营，导致明征辽前将军本部顶着巨大压力，只得率兵拼死抵抗。
然而后金蒙古联军的骑兵前锋首先打乱了辽东明军火器营部署，吓得明征辽前将军连忙边战边退至城壕处。
经过两次的冲锋，后金蒙古联军就已经彻底击溃了宁远卫明军、辽东明军两部阵营，再集中两路骑兵，向西闯入明辽东总镇经略：袁崇焕，的关宁军阵营当中。
此举让明辽东总镇经略猝不及防，在后金蒙古联军的箭矢射击以及冲击下，前排明军火器营才发几铳便崩溃，少数后金蒙古联军直接冲入阵营，开始冲散明军防御，混乱中主帅旗下的明宁远卫中军旗鼓官：周文郁，身中数箭因只身穿布面甲防御力薄弱，而身负重伤！
也致使袁督师身旁护卫的标营被冲散，导致杀入阵营的东虏建奴鞑子骑兵射中袁督师身穿的锁子甲，但因盔甲防御甲片比较扎实，又加之有护心镜，因此才没被射穿身体。
随后袁督师还被两个东虏建奴骑兵给砍了两刀环手臂，险些摔落下马，样子极其狼狈。
好在关键时刻，事先埋伏于城内的京营主力；神机营、神枢营（嘉靖年间改的三千营）、东城兵马司、府军左卫、虎贲左卫、金吾左卫、燕山左卫、大兴左卫、等约有2万余人瞬间杀出城来。
在京军火器的加持下，这才吓跑了这支入侵的后金蒙古联军的偏师，其中明虎贲左卫游击将军：刘应国、明东城兵马司副指挥使：罗景荣、明神机营千总：窦浚，等将领还追击敌军，斩杀不少东虏与北虏于运河边上，总计杀敌千余人，京军亦受伤数百人。
至黄昏酉时，京军们才收兵，朝廷上赐酒食犒劳京军，取得了整个广渠门大战的胜利。
不过在这些京军出击之前，与后金蒙古联军激战一个时辰，转战10余里的关宁军为何与敌交战便一触即溃？而且还是朝廷花重金打造的精锐，这与之前孙督师监管辽东都指挥使司宁远卫时的战力完全不同。
因此也被很多京军怀疑是否真是袁督师有意勾结东虏与北虏？想促成议和之事？所以才不愿意与敌正面交锋的呢？
次日，明毅宗与内阁以及兵部商量后，决定暂时打开德胜门的瓮城，放大同明军入城休养。
11月23日，明毅宗于紫禁城乾清宫大殿内召见明辽东总镇经略：袁崇焕、明辽东总镇总兵兼征辽前将军：祖大寿、明大同总镇总兵：满桂、明宣府前卫总兵：黑云龙、明招练总兵：孙祖寿、明蓟州卫总兵：麻登云，以及明兵部尚书：申用懋，等将领询问战绩安抚人心。
首先由袁督师向明毅宗提出，近日来连连征战，士兵战马疲惫不堪，请求学满总兵的大同明军所部进入德胜门瓮城的先例，也准予所部关宁军进到城内，稍事休整，补充给养。
然而后金蒙古联军本来就是关外与关宁军，在前线作战的，如今稀里糊涂的被引进来京师，多半就是袁督师的功劳，因此明毅宗果断拒绝了他的请求。