1644年初，皇太极已死。主持清国政局的多尔衮听说李自成在西安建“大顺”，立刻派人前去联络，提出要“并取中原，同享富贵”。李自成对此没有做出反应。三月初，农民军兵临城下，吴三桂接诏弃宁远，往山海关方向移动，清国上下大为兴奋，准备借机南取中原。清国汉人“大学士”范文程连忙献策：其一，可入边直取北京;其二，昔日以明朝为敌，此次入关后的敌人是农民军;其三，明朝积弱，必定灭亡，一定要趁此百年不遇的机会占领中原，特别是河北地区。多尔衮大为赞同。他下令在国内征兵，男丁七十以下，十二岁以上，必须从军，可以说是倾国全力而来。同时，多尔衮还听从范文程建议，严肃纪律，力诫兵将进入明朝国境后勿再象以前那样只顾杀掠，要以安抚为主。
松山败后，由于极需人才，明廷并未严处败逃的吴三桂，仅名义上降其三级使用，仍然派他固守宁远。吴三桂很知报恩，整日训练士卒，加强城防，把数千士兵扩展为数万人，器械一新。崇祯十六年(1643年)，他还率兵多次击败清军的进攻，并多次拒绝其舅父祖大寿替清军对他的“招降”，很想做明朝耿耿忠臣(当时他也不可能因舅而降，因为其父吴襄在北京，且受崇祯帝信用)。吴三桂离开宁远前，清军已经占领了中后所(今辽宁绥中)、中前所(今绥中前所)以及前屯卫。山海关之外，只有吴三桂孤军奋战，死守宁远孤城。
明廷下诏，指示吴三桂弃宁远回援京师，他当时确实闻命即上路。临行前，吴三桂下令把宁远城中的所有建筑皆烧毁，以免资敌。但由于宁远城内兵民相加共五十万人，人多物多，全部迁徙入关非常费事。沓沓而行，一天只能走数十里，直到三月十六日才抵达山海关。吴三桂此时真很“仁义”，大有刘玄德当年之风。话说回来，他此举也是“妇人之仁”，君父在京，岌岌可危，最要紧的是回援回京。但话又说回来，他几万人马赶到北京，面对一百万农民军，也不一定是对手。
吴三桂安顿居民后，率部队急驰入卫，三月二十日到抵丰润，却听说农民军已经在前一天攻破北京城。这时候，吴三桂平生第一次真正处于两难地步：孤军穷途，要不投降农民军，要不投降满清。思想斗争并不久，吴三桂就作出了抉择：投降李自成。一来自己老父陷于北京，为李自成扣押;二来大明已亡，新朝甫建，不失为开国功臣。而且，与他同级的有兵有将有城的唐通、姜环等人都已经降附，他吴三桂投附，也算不甘人后，知天顺命。
李自成当然注重山海关方面的吴三桂，入京后即派人持檄招抚，表示他归大顺后“不失封侯之位”。于是，吴三桂一路走向北京，一路大贴告示安民：“本镇率所部朝见新王(李自成)，所过当秋毫无犯，士民不必惊恐。”北京城内的吴三桂父亲吴襄为全家性命打算，也“语重心长”亲笔写信来劝：汝以皇恩特简，得专阃任，非真累战功，历年岁也，不过为强敌在前，非有异恩激劝不足诱致英士，此管子所以行素赏之计，而汉高一见韩、彭，即予重任，盖类此也。今尔徒饬军容，选蠕观望，使李兵长驱直入，既无批亢捣虚之谋，复乏形格势禁之力。事机已去，天命难回，吾君已逝，尔文须臾。……我今为尔计，不若反手衔璧，负锧舆棺，及今早降，不失通侯之赏，而犹全孝子之名。万一徒恃愤骄，全无节制，主客之势既殊，众寡之形不敌，顿甲坚城，一朝歼尽，使尔父无辜并受戮辱，身名俱丧。臣子均失，不亦大可痛哉!语云：‘知子者莫若父。’吾不能为赵奢，而尔殆有疑于(赵)括也，故为尔升。至嘱，至嘱!
行至半途，吴三桂得知了大顺军在北京拷打明朝官员追脏之事，不少暗中逃出的官员遮道哭诉，吴三桂大失所望。当他得知自己父亲也被夹拷的消息，愤怒至极，决定不再入京，怕自入罗网后父子遭杀戮。后人总是渲染吴三桂爱妾陈圆圆(陈沅)被刘宗敏抢掠奸污之事是他叛李自成的主要原因，其实这只是次要原因。前明遗老和满清文人日后为了加重吴三桂“罪行”，故意拿他“冲冠一怒为红颜”说事，以此反衬他对明朝的不忠与对父亲的不孝。
吴三桂与李自成撕破脸，自然要靠近背后咄咄逼人的满清。但当时吴三桂不是即刻降清，而是以大明朝孤臣义士的身份，向满清“借兵复仇”。吴三桂请清军从喜峰口、密云等处入边，自己试图仍旧掌握山海关险隘来牵制清军。当时，多尔衮所领大部清军的的确确不是往山海关方向走。他听从洪承畴建议，怕李自成农民军烧空抢光北京后西遁西安，正急行军想从蓟州、密云等处进攻北京。接到吴三桂密信，多尔衮大喜过望，立刻改变主力部队行军路线，直奔山海关而来。同时，他写信给吴三桂，许以“裂土封王”，要对方投降，而不是“借兵”。
吴三桂听说农民军大部来攻，心里发慌，立刻回信要清兵速来助战。四月二十一日，清军前军抵达山海关外，在欢喜岭上结营，并与吴三桂进行了过程艰难的“谈判”工作。不久，大军接踵而至，清军共十四万人集结于关外。李自成听说吴三桂与清军搭上线，不敢怠慢，派出降将唐通与白广恩先率骑兵赶至抚宁县东南的一片石，而他自己则率主力布阵于石河。此时，多尔衮及部下将领均心有疑惑，第一是怕吴三桂骗人，第二是清军从未与李自成交过手，心中没谱儿。于是，清军先拿唐通一军开练，首先在一片石打败了这批为数不多的前“官军”与农民军混和的部队。一片石战役，清军虽胜，但无关山海关大局。惶急之下，四月二十二日清晨，吴三桂本人亲自出关，驰奔欢喜岭上，拜见多尔衮。
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