形势紧急，崇桢一筹莫展，下令放弃宁远，调辽东总兵吴三桂，蓟辽总督王永吉率兵入卫，又召昌平总兵唐通及山东总兵刘泽清率兵入卫，刘泽清不从在临清（今属山东省聊城市）大掠南去。崇桢又号召在京勋戚官僚捐助饷银，无奈都得不到响应，以后农民军进京，对降官栲掠追赃，他们的巨额财富全数都被农民军收走。
三月十五日(4,21)农民军抵达居庸关，监军太监杜之秩，及前来勤王的总兵唐通不战而降，巡抚何谦及总兵马岱临阵脱逃。十七日(4,22)农民军东进高碑店，西进西直门外，炮轰城墙。中午农民军攻打平则门，彰义门，西直门，三大门守军都是老弱残兵和太监，毫无战斗力，一触即溃。十八日(4,23)崇桢设法与农民军谈判，没能达成协议，李自成下令总攻，太监曹化淳首先打开彰义门投降，同时德胜门，平则门也随即打开，外城全在农民军掌控中。至夜，各门俱开，崇桢带心腹太监王承恩上煤山瞭望，见全城烽火连天，确信内城也已攻破，又返回乾清宫布置应急事宜，再次上煤山自缢。
农民军进京城有多少人，见李天根《爝火录》卷一，“贼破京城，兵不满二万，而孩子居其半，京师自守不固，非贼之能攻也。合料贼众并唐通，白广恩，陈永福之兵不过五六万耳 (4)，说明原有的五十万人经山西一路作战损失很大，进京人数不多。
在冷兵器作战时代，士兵相互对杀，双方伤亡率都很大，限于当时医疗条件，伤兵治愈率也很低，李自成率军五十万自西安出发，攻太原，巡抚蔡懋德等以五千人困守二昼夜，全部战死，农民军死亡至少也应在五千人以上，代州和宁武关与周遇吉作战，农民军战死近十万人，通常受伤者应比战死的士兵更多，《罪惟录》有记“后贼陷京师，多有手足创者，皆经战宁武者也。”《小腆纪年》中也有记载：“进入京师，有半面失手足者，皆宁武所砍伤” 。进军京师后还有其它另星的战斗，减员至少有半数以上，加上进入京城后的各种因素，非战斗减员亦不在少数。
至于李自成农还有集中多少战斗力，参加一片石大战，查继佐：《罪惟录》卷三十一说李自成率兵六万，陈济生：《再生传略（下），燕都日记》说率兵五万，唯《明史》流贼列传率兵二十万。(5)看来明史估算多了一些，如确有二十万兵，即使吴三桂有关宁铁骑，又向多尔衮借兵十万，不致如此轻易战败。由此统计李自成最后能集中有战斗力的士兵，大约也就是五六万人，因而战败返回北京，不可能再组织兵力作战，只得作出回师陜西的决定。
二十六日(5,31)李自返回北京，杀吴襄全家三十余口。二十九日(6,3)在武英殿称帝，当晚退出京城。多尔衮命吴三桂不得入京城，直接追李自成军，五月初二日(6,6)在定州清水河（今河北省定州市）吴三桂追上李自成，农民军再次大败，吴三桂夺取农民军带出的金银赏给诸将士。五月初三日(6,7)多尔衮率清军入了京城，从此中国换了朝代。李自成退回西安后再撤离，死于第二年(1645)的四、五月间，对于李自成的死说法很多，以后另作文讨论。
宁武关大战，是李自成农民军进京前关键的一场大战，在这一场大战中农民军损失了几乎过半的战斗力，以及因为大同、宣府及居庸关等镇的守军投降，李自成及他的农民军由此走向胜利之途，也由此走向失败之途，他彻底推翻了明王朝的统治，也由此导至清兵进关，建立二百多年的清王朝，对我国历史的影响极为重要。至今在宁武县城还有三处周遇吉的遗址，多少年来，历史的沧桑，仍然是谈论的课题。
注：
1,《明史》：本纪二十四，庄烈帝二，二月乙亥(初四日，3,12)“李自成攻代州，总兵官周遇吉力战，食尽，退守宁武关。”《小腆纪年附考》作者徐鼒考曰， 诸书皆不云周遇吉先守代州，退守宁武，“盖诸书以退守周公讳也。”
2攻陷宁武关日期各书记载不一，计六奇：《明季北略》为三月初一日(4,7)，邹漪：《明季遗闻》为三月初八日(4,14)。
3, 《明季北略》：“二十五日(4,2)，贼集头目计曰：宁武虽破，受创已深，自此达京，尚有大同兵十万，宣府兵十万，居庸兵二十万，阳和等镇兵合二十万，尽如宁武，讵有了遗哉？不若回陕休息，另走他途。”
4, 孩儿军，《明季北略》：“孩儿军者，即云剪毛贼也，贼中年少子，习杀掠，闵不畏死者也。”
5, 《明史》流贼列传，记载农民军与吴三桂及清军三海关一片石大战经过：“四月二十二日(5,27)，自成兵二十万，阵于关内，自北山亘海。我兵对贼置阵，三桂居右翼末，悉锐卒博战，杀贼兵数千人，贼亦力博，围开复合，战良久，我兵从三桂阵右突出，冲贼中坚，万马奔跃，飞石雨堕，天大风，沙石飞走，击贼如雹，自成方挟太子登高冈观战，知为我兵，急策马下冈走，我兵追四十里，贼大溃，自相践死者无算，僵尸遍野，沟水尽赤。自成奔永平，我兵逐之。三桂先驱至永平，自成杀吴襄，奔还京师。”
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