四月十五日，清軍行至翁後，意外地遇上了吳三桂的使者副將楊珅、遊擊郭雲龍，攜帶求援書信，內雲：“三桂受國厚恩，憫斯民之罹難，拒守邊門，欲興師問罪，以慰人心。奈京東地小，兵力未集，特泣血求助。……王以蓋世英雄，值此摧枯拉朽之會，誠難再得之時也。乞念亡國孤臣忠義之言，速選精兵，直入中協、西協；三桂自率所部，合兵以抵都門，滅流寇於宮廷，示大義於中國。則我朝之報北朝豈惟財帛，將裂地以酬，不敢食言。”[55]多爾袞當即決定改變進軍路線，直趨山海關。他在回信中說：“伯雖向守遼東，與我為敵，今亦勿因前故尚複懷疑。……今伯若率眾來歸，必封以故土，晉為藩王，一則國仇得報，一則身家可保，世世子孫長享富貴，如山河之永也。”[56]很明顯，吳三桂的信在措辭上經過斟酌，以明朝孤臣的名義請求清方合兵共討農民軍，盡管當時明朝廷並不存在，“裂地以酬”也不是他所能決定的，無非是為自己投靠清朝蒙上一層遮羞布而已。多爾袞洞察其心，直截了當地以晉封藩王為誘餌，招降吳三桂。到吳三桂得知李自成親統大順軍主力迫近山海關，再次派郭雲龍催促清軍火速來援時，就請求多爾袞“速整虎旅，直入山海”[57]。四月二十日，多爾袞接信知道形勢緊迫，為了防止大順軍占領山海關，下令兼程前進。次日，清軍以一天二百裏的速度急行軍，於當晚到達距關城十裏的地方駐營。這時，大順軍與吳三桂、高第部關、遼兵正在激戰之中。
為了明白山海關戰役的勝負，分析一下參戰各方兵力情況是必要的。大順軍開赴山海關時留下了老弱兵員一萬守北京，隨李自成、劉宗敏前往平叛的兵馬為十萬名[58]；吳三桂、高第的關、遼兵合計約為五萬；而清軍當時的全部兵力為十萬[59]，除了攝政鄭親王濟爾哈朗率領滿、蒙八旗軍隊三分之一留守沈陽一帶外，多爾袞所統滿、蒙、漢軍隊為七八萬人。自然，在三支軍隊中清軍戰鬥力最強；吳三桂部是原明朝官軍中的精銳；大順軍是自1641年（崇禎十四年）迅速擴展起來的隊伍，大部分兵員素質不如清方，但是，他們是一股新興勢力，紀律嚴明，富於朝氣，不像明朝官軍那樣腐敗。由此可見，集結在北京地區的大順軍擊破吳三桂、高第部原明朝關、遼兵是綽有餘裕的；很可能李自成入京之時調集的兵力也僅滿足於此。而介於順、清之間的吳三桂部則具有舉足輕重之勢：降順則李自成的兵力約為來犯之清兵兩倍，而且山海關要隘不致拱手讓敵，即便在同清軍作戰中局部失利，大順政權可征調的增援兵力較清方要大得多；吳三桂叛投清方，雙方兵力對比和態勢就顛倒過來，清、吳聯軍在數量上也占了優勢。大順政權在政治、軍事上的失策，導致了山海關戰役的失敗和北京、畿輔、山東等地的易手。