吴三桂低估了李自成的决心，也低估了横扫中原千里转进攻陷北京的顺军的意志。原本预计通过谈判斡旋争取近一个月缓冲时间的他大大失算了。
反过来，李自成也没料到吴三桂的态度会如此坚决。即便后来得知吴三桂决心死战的李自成又派出在北直隶投降的原明朝密云巡抚王则尧顶着顺朝兵部尚书的头衔到山海关与吴三桂见面力劝三思，并答应再给吴三桂些时间考虑，态度缓和不少以示怀柔，但吴三桂战意已决，口头上敷衍，私下却紧锣密鼓地开始备战。
李自成率主力在途中缓了三日，希望吴三桂回心转意，却迟迟没能等来想要的结果，于是继续进军。四月二十日，顺军前锋李过率后营两万兵马势如迅雷抵达关城西边。其时吴三桂正安顿急急退归的高第军，防线多有纰漏，李过瞧出破绽，马不停蹄冲过尚未修筑完毕的西罗城，突出关外绕到了山海关防线的背面。如此一来，加上北面一片石关的唐通军与即将到来的顺军主力，将对关辽军形成东、北、西三个方向的夹击之势。
固守山海关几处重要据点的关辽军满打满算五万人，另有三万临时招募的民夫协助搬运土石器械可以，作战不顶用。顺军前锋李过后营就有两万人，后续李自成亲率的顺军主力则不下八万，合计十万出头。在被合围的险恶情况下面对两倍于己的百战老兵，吴三桂心里实在没底。可是出发寻求清军支援的郭云龙与杨珅等人此时应该连沈阳的影子都还没瞅着，以此推知，先不论清军是否愿意出兵相助，就算清军立刻出兵，等他们赶来山海关，恐怕也为时已晚。
形势比人强，吴三桂只能暗自咬牙，做好以寡击众不成功便成仁的心理准备。
“陈公，敌众我寡，战事若不利，你可走南翼城后门，出关城以东，再折走关城南侧的老龙头。这条路寻常人不知道，闯贼一时定也觉察不了，可保无虞。”二十日晚间，斥候回报李自成的辇帐已到关城西面十里，预感到战事将起的吴三桂特意找到陈洪范，对他这么说。
“那吴爷呢？”陈洪范眉头紧锁。
吴三桂慨然道：“宁为玉碎、不为瓦全！我吴三桂与数万关辽将士的性命与这山海关连为一体，唯有血战到底而已！”又道，“若届时结局不幸，还望陈公转告朝廷，就说我吴三桂至死也是大明的忠臣烈士！”
陈洪范叹道：“吴爷真伟丈夫也！”
旁听的赵元亨道：“鞑子来了吗？”
吴三桂面色凄清，摇头道：“来了想也赶不上趟儿。”
赵元亨默然无语。最后一根救命稻草无济于事，吴三桂就算现在答应李自成的要求只身前往顺军，依照顺军的一贯做派，他最后免不得和吴襄一样被软禁沦为阶下囚，关辽军往后亦难逃被肢解的下场。吴三桂这么说也是辽东豪杰，苟且偷生与殊死一搏两条路摆在眼前，毅然决然选择后者情理之中。
“闯贼兵多将广，我军势弱且腹背受敌，情况凶险。”吴三桂说到这里负手在后，“此战凶多吉少，我来找陈公，一为了让陈公提前安排退路，二也为了向陈公明志。”
陈洪范点头道：“尽人事听天命，吴爷忠心义举天日可鉴。此战为我大明而战，无论胜败，吴爷都将流芳百世。”
吴三桂笑了笑，笑容里泰半苦涩。
次日，四月二十一日，李自成向吴三桂发出最后通牒，以命令的口吻勒令吴三桂入营请罪解除数万关辽军的武装并归还被拘押的王则尧，遭吴三桂断然拒绝。吴三桂的主力军队沿着西罗城附近的石河以西布置阻止顺军直接攻关，关城及各处据点则均以民夫与少量战兵驻防。
李自成见劝降无望，按照原定计划展开攻势。北面的唐通军八千人切断一片石关等处，防止关辽军北逃。自引军与关辽军主力野战于西罗城附近。与此同时，东面关外的李过军两万人趁着关辽军主力被牵制的时刻猛攻东罗城、北翼城等据点。
临战再即，自觉胜算渺茫的吴三桂心里颇有几分悲愤，然而就在他抱定必死之心时，久无音讯的郭云龙却突然回来了。
“老杨呢？”披甲抱盔的吴三桂雄立帐中怔怔问郭云龙。
“被清军留住了。”
“你怎么来的？”