当时抚顺的守将游击李永芳曾与努尔哈赤有交情。努尔哈赤主张智取，辅以力攻。他派人声言有三千女真人来赴市，徉称互市，派精兵假冒商人，诱使抚顺商人和军民出城贸易，后面的后金大军随后乘机突袭城池。等到李永芳醒悟过来，抚顺城已被后金兵所占。李永芳见大势已去，只好剃发投降。努尔哈赤轻而易举地攻下了抚顺，并在此收降了许多汉人作为他的幕僚，其中很著名的人有范文程。
范文程，沈阳人，其曾祖曾为明兵部尚书。少时为县学生员，喜好读书，后金攻陷抚顺时，范文程年仅21岁。努尔哈赤见其聪明敏捷，沉着刚毅，仪表不俗，又熟知世务，是名门之后，于是破格任用。后努尔哈赤取辽阳度三岔、下广宁、迁都沈阳，都是范文程在身边帮助帷幄。皇太极登位后，也极推崇他，视为心腹，官至秘书院大学士（相当于现在的内阁总理）。后来，范文程设反间计，诬袁崇焕，离间明朝君臣关系，为后金进军山海关，直取京师扫清了道路。另外，后金废除三饷，编行保甲，招民垦荒，以及满汉地主联合镇压李自成起义等一系列重大决策，都出自范文程的参谋与策划。
后金智取抚顺后，乘胜又克清城，夺取了战略要地。努尔哈赤将被俘一名汉人割去双耳令其送信与明政府。明廷大惊，忙派兵部侍郎杨镐为辽东经略，周永春为辽东巡抚，起用山海关总兵杜松等，调集各路军马四万余人，聚集于辽阳，并悬赏万金擒斩努尔哈赤。
1619年（万历四十七年，天命四年），明军誓师辽阳演武场，但在祭旗时，传说屠牛因刀锋不利而三次折断，大将在教场乳马试槊，因木柄腐烂，槊头堕地，这是出师不利的象征。誓师后，杨镐分兵四路，直奔赫图阿拉而来。
然而杨镐不懂兵法，对天文、地理、军心、敌情一概不知只想贪功求胜，一味催促各路快速进攻。面对来势汹汹的兵马，努尔哈赤采取集中优势兵力，各个击破的战略。他撤回各路屯寨的民兵，将兵力全部集中到赫图阿拉，准备先灭首先进境的西路杜松军。
三月初一，杜松军到达赫图阿拉以西120余里的萨尔浒（今抚顺东大伙房水库），并令一部在此扎营，而亲率另一部进抵吉林崖，攻打界凡城，而此时其他三路明军尚在进军途中。努尔哈赤令五百军士守吉林崖，亲率六旗精锐部队直扑萨尔浒明军大营。一时明军火炮、火铳齐发，八旗兵则以弓箭还射，双方互有伤亡，但八旗军占有人众优势，以铁骑集中一点，奋勇突破明军防线，一鼓攻下萨尔浒明军大营。
攻克萨尔浒后，八旗军马上援救吉林崖。进攻吉林崖的杜松军，听到萨尔浒被攻陷的消息，军心已经动摇，八旗军队数倍于明军的优势兵力将杜松军团团围住，以火铳射向明军困守的丛林。一时间火光冲天，明军大部分被烧死，主将杜松虽勇猛异常，但最后左突右冲，力竭坠马而死，西路军全军覆没。
此时，北路原总兵马林军恰恰攻到了萨尔浒附近，闻听杜松军刚刚被歼灭，军心立刻动摇。马林忙转攻为守，在萨尔浒西北30余里的尚间崖安营，形成互为犄角的“牛头阵”，自以为可以阻止后金的骑兵和弓箭，但却犯了兵力分散，消极防御的兵家大忌。
尽管努尔哈赤此时三倍于敌的兵力，但他却集中兵力先“砍”其牛头的犄角之一。努尔哈赤亲率一千精骑冲锋，攻入敌阵，突破了缺口，八旗兵从缺口洪水般涌进，守将龚念遂营破战死。努尔哈赤得胜后，直奔马林拒守的大营尚间崖。
马林营防守很严，火器很厉害。为此，努尔哈赤命令所部八旗兵弃马而步战，使明军的火炮失去了作用，两军短兵相接，八旗子弟个个悍勇，正在战斗最激烈之时，主将马林率先逃跑，所部将士无心恋战，大败而逃。北路兵只剩另一只犄角——飞芬山上的潘宗颜营。
努尔哈赤遂又围住飞芬山，令步兵持重甲在前，轻甲兵操弓在后，顺着山路向上进攻。潘宗颜在山上大声鼓励明军，居高临下施发火器，八旗兵死伤遍野，但由于后金兵将数倍于明军，终于攻克飞芬山，潘宗颜力战而死。死时尸体血肉模糊，惨不忍睹。至此，北路军除主将马林逃回开原外，全军覆灭。
第二天，东路的刘纟廷军已行至距赫图阿拉约50余里的阿里布达里冈，努尔哈赤派扈尔汉率五百骑兵诱使明军西进；皇太极率右四旗兵马伏于冈上丛林中；贝勒阿敏潜伏于冈的南谷，等刘纟廷军走过一半后，率兵掩杀；大贝勒代善率左四旗兵正面迎击刘纟廷。一切布置就绪后，努尔哈赤密令用刚缴获的杜松军大炮传报。刘纟廷不知杜松已败，以为西路军已到，急令火速进军。阿里布达里冈一带道路狭窄，刘纟廷军到此，骑兵步兵不能保持原有的队形，乱作一团。八旗兵恰在此时奋力杀出，由于居高临下，而且八旗兵善射，各路伏军共同夹击，刘纟廷军死伤大半。刘纟廷虽勇猛异常，无奈孤掌难鸣，力战而死。努尔哈赤巧妙设伏围歼了东路明军。
在沈阳督军的杨镐得到败报，急忙召回了南路的李如柏军。朝中有人弹劾李如柏与努尔哈赤有亲情（李如柏之妻是努尔哈赤之弟舒尔哈朗之女），李如柏被下狱后自杀。
萨尔浒之战，努尔哈赤充分发挥了他的军事才能，调查了明军兵力分散、指挥不利的弱点，以弱胜强，致使明军以战略进攻转入战略防御。正如后来乾隆帝所说：“萨尔浒一战，使明的国势日益削弱，我们的武威大振，于是攻克辽东，夺取沈阳，奠定了基业。”
努尔哈赤在夺取萨尔浒大捷后，见明政府对辽东的局势并没有作出很大的反应，遂在休整二个月后率兵智取了辽东重镇——开原、铁岭，锋头直逼辽阳、沈阳。
辽东告急，明廷在群臣的催促下，起用了原任御使熊廷弼，升其为兵部右侍郎兼右佥都御使，经略辽东。
熊廷弼，字飞百，江夏（今武汉）人。1608年（万历三十六年）进士，后任御使。他雷厉风行，刚正不阿，素善骑射，以治军严谨而名声在外。传说他巡察到金州附近，正值当地大旱，熊廷弼在金州城隍庙祈祷天神降雨，并说：“如果七天不下雨，就将这庙拆掉。”等他到广宁时才过了三天，派人拿着令牌宝剑准备回去拆庙，还没等到达，便风雷大作，漫天飞雨，辽东人推崇之至。这个传说生动地反映了熊廷弼的敢于斗争精神。后熊廷弼弹劾巡抚赵楫、总兵李成梁，可见其无畏精神。
熊廷弼到达辽东时，开原铁岭已失，摆在他面前的是将不足百员、兵不过五万，饥民遍野，兵器库空空如也，粮饷三日未发，战马几乎一匹没有的惨淡局面；而敌对的后金势力却如日中天，兵精粮足，而且虎视着辽阳、沈阳和身后的山海关。
但这一切并没有难倒熊廷弼，他首先亲自巡视各地守军，严肃军纪。即使是冰天雪地，敌前哨所也必亲至。为严肃军法，熊廷弼斩杀了逃将刘遇节、王捷、王文鼎，并祭坛告民，同又弹劾罢免了无能的总兵李如桢，一时军纪肃整。
其次是招募流亡的军队。熊廷弼为了振奋士气而在教军场杀牛数百头，放置数千坛酒，接连四天犒赏军士，招集流亡的军士数十万人，辽东商贾都陆续回到了原籍，农业也恢复了生产。
面对军器缺少的局面，熊廷弼除请求国库拨送外，自筹打造了大炮三千多尊，百子炮数千尊，铳枪七千余杆，盔甲、刀枪数万余件，并挖壕围城，加强防御。同时又请调了十八万兵马在辽东各诸镇设置重兵把守。
努尔哈赤见熊廷弼治军有方，何况身后还有叶赫部没有灭掉，于是他改变了原想进军辽、沈二城的想法，把力量转向叶赫和东部漠南蒙古，对明采取了谨慎态度，静观其变，伺机再动。
1620年（万历四十八年），也就是在努尔哈赤灭掉叶赫部不到一年后，明万历帝死去，其长子朱常洛继位一个月后，因吞红丸死去，朱常洛长子朱由校继位，为明熹宗天启帝。明廷内部因“三案”（梃击案、红丸案、移宫案）而党争，朝廷内部乱作一团，大臣相互结党营私，因熊廷弼刚正不阿而得罪的一些人跳出来，他首先成为被攻讦的对象。
熹宗刚刚登基，便有人弹劾熊廷弼，尽管他再三上书陈述己见，但还是被挤下了台。明朝廷改任了昏庸无能的袁应泰为辽东经略。
袁应泰刚上任便改变了熊廷弼原来的部署，撤换了许多异己将官，造成前线混乱，致使许多诈降的女真间谍混入明营，机会的大门向努尔哈赤敞开了。
1621年（明天启元年，天命六年），努尔哈赤亲率诸贝勒大臣，倾全国之师而向沈阳、辽阳进军。他先是攻取了沈阳的左右犄角奉天堡和虎皮驿，以声东击西之计而直扑沈阳。三日，努尔哈赤率兵将沈阳城团团围住，明总兵官贺世贤有勇无谋，贪功出战，结果身中数十箭而亡。八旗兵在城东北挖土填壕而过，城中士兵闻听总兵战死，四散溃逃，八旗兵攻占沈阳，努尔哈赤纵兵烧杀，沈阳城中居民大半死于战火。
努尔哈赤在攻下沈阳后，马不停蹄，挥师直奔明辽东首肩——辽阳。经略袁应泰率兵出城迎战。当时许多后金士兵见辽阳城池坚固，环城重炮林列，多有退却之意。努尔哈赤见此情景在马上大喊：“你们如果后退一步，我必死无疑。如果你们后退，就必须先杀了我。”说完自己驱马独进。八旗兵见此情景军心大振，潮水般涌向明军集结的阵地，明军发炮应战，后金兵则以火器射向明军阵地，八旗骑马拥众掩杀过来，两军相遇勇者胜，明营被后金兵冲杀而大乱，溃散奔逃。努尔哈赤乘胜追敌60里至鞍山而返回，将辽阳城围住。
