明辽东经略王在晋在《三朝辽事实录》中分析道：东事离披，一坏于清、抚，再坏于开、铁，三坏于辽、沈，四坏于广宁。初坏为危局，再坏为败局，三坏为残局，至于四坏——捐弃全辽，则无局之可布矣。
努尔哈赤取得萨尔浒大捷之后，在赫图阿拉的衙门里搭起凉棚，八旗的诸贝勒、大臣分坐八处，大贝勒代善、二贝勒阿敏、三贝勒莽古尔泰、四贝勒皇太极和投降的朝鲜都元帅姜弘立、副元帅金景瑞六人坐在凳子上，举行大宴会。下令将缴获的甲胄、兵仗、衣物、枪炮等，像小山似地堆积八处，按军功进行分配。又指令休整士卒，牧放马匹，缮治器械，等待时机，夺占开原、铁岭。
同后金的欢庆胜利、厉兵秣马相反，萨尔浒三路败绩报至京师，吏民骇愕，举朝震惊。言官频上劾章，要求追究丧师责任；官吏收拾细软，准备遣送眷属南逃；商民惶恐不安，京城九门辰开午闭；部院官员戍守，稽防后金谍工潜入。但是，朝廷在一片埋怨和混乱之中，却拿不出扭转辽东局势的对策。
大学士方从哲在萨尔浒之败的当月，疏请万历帝“即日出御文华殿，召集文武百官，令各摅（shū）所见，备陈御虏方略，庶几天威一震”。他在疏奏中分析三路丧师之后的形势时言：
军气日益灰沮，人心日益惊惶，开原商贾士民逃窜几半，宽、叆城堡奔溃一空，辽之为辽真岌岌乎有不可保之势矣。（《明神宗实录》第580卷）
但是，他的疏言留中不报。
萨尔浒丧师过去两个月之后，明廷对辽东局势并未作出有力的决策。努尔哈赤见时机有利，便乘胜率军进攻开原。
开原是一座古城。开原势踞形胜，“跨龙冈，临大漠，边徼咽喉之路”（康熙《开原县志·形胜》上卷）。它东邻建州，西接蒙古，北界叶赫。所以，“辽左三面临险，而开原孤悬一隅”（《熊襄愍公集》第2卷）。开原不仅是明朝同蒙古和女真经济文化交流的重要场所，而且是明廷在辽东对抗蒙古贵族和女真贵族南进的前沿堡垒。努尔哈赤进兵辽、沈，自然要先摧毁明朝孤悬的堡垒开原。
万历四十七年即天命四年（1619）六月初十日，努尔哈赤率八旗军四万人往征开原。他兵分奇正两路：以小股部队直奔沈阳为疑兵，沿途杀三十余人、俘二十人以虚张声势；主力部队进靖安堡，于十六日突抵开原城外。
时明开原道韩原善不在署，以推事官郑之范摄道事。原总兵马林、副将于化龙、参将高贞、游击于守志、守备何懋（mào）官等率兵戍守。郑之范“赃私巨万，天日为昏”（《明神宗实录》第584卷），异常贪暴，素失军心。城中守军腐败不堪，毫无斗志，兵无粮饷，马缺草料，呈现兵逃马倒的混乱情况。据载：
……赴署开原兵备事推官郑之范处领草、豆，并无升束。马食杆。一日而倒死二百四十九匹。把总朱梦祥到开原领钱粮，一月不给。各军衣物尽变，马倒人逃，离城草茂之处，趁青喂养马匹，贼至，猝不及收。（王在晋：《三朝辽事实录》第1卷）
努尔哈赤事先派谍工到开原，对其内部的军队多寡、兵士勇怯、粮饷虚实、将吏智庸都了如指掌，尤其是探知守军到城外远处牧放马匹，便乘虚突然率兵围城。
当时马林同蒙古介赛、煖兔订有盟约。他们答应后金进攻开原时出兵相援。马林依恃盟约而不设防。八旗军驰抵开原城下，马林来不及布防，郑之范等慌忙登城守御，并在四门增兵。八旗军一面在南、西、北三门攻城，布战车、竖云梯，鱼贯而上，沿城冲杀，杀得城上守兵溃散；一面布重兵于东门，进行夺门搏战。由于后金派进的谍工“开门内应”（《明神宗实录》第584卷），八旗兵得以夺门进城。摄道事郑之范临阵仓皇，下城乘马带家丁从北门逃窜，后被逮死狱中。开原城陷，于化龙、高贞、于守志等皆死，马林被斩。马林之父马芳，由行伍出身而升为大帅。马林由父荫官参将，后为辽东总兵官，但自许甚高，并无将才，纸上谈兵，终至败死。
但是，开原城之明军民仍拼死守城，据《朝鲜李朝实录》记载：
开元城中最多节义之人，兵才及城，人争缢死，屋无虚梁，木无空枝，至有一家全节，五六岁儿亦有缢死者。（《光海君日记》第169卷）
努尔哈赤进攻开原，受到顽强抵抗，故得胜杀戮甚惨。
八旗军占领开原城后，努尔哈赤登上城，坐南楼。后巡视，听军报，举目四眺，阅览形胜。他以声东击西、乘虚而攻、步骑摧坚、里应外合的策略，智取开原。曾任明兵部尚书、辽东经略的王在晋说：“开原未破而奸细先潜伏于城中，无亡矢遗镞之费，而成摧城陷阵之功。奴盖斗智而非徒斗力也。”（王在晋：《三朝辽事实录》第1卷）这对努尔哈赤以智谋取胜，是一例很好的说明。
后金军夺占开原之后“志骄气满，夜醉如泥”（《明神宗实录》内阁文库本，第47卷），纵掠三日，满载而归。据明人记载，开原“城大而民众，物力颇饶，今住城中，用我牛马、车辆，搬运金钱、财货，数日未尽，何止数百万”（《熊襄愍公集》第3卷）！《满文老档》也记载，后金夺取开原，将掠获的财宝、金银、布匹、粮食等，用马骡驮载，牛车装运，竟达三日夜。然后放火焚烧了开城的衙署、房舍、仓廪、楼台。后金将掠获的财物运至界凡城，按军功大小进行分配。如一等的固山额真、诸大臣等各分银二百两、金二两，二等的固山额真、诸大臣各分银一百两、金二两，以下三至八等，各分银有差。
智取开原之后，努尔哈赤更为重视对降服汉官的政策。说：“彼知天意佑我，又闻吾国爱养人民，故相继来归耳。”（《清太祖高皇帝实录》第6卷）明原任开原城千总王一屏、戴集宾、金玉和、白奇策等六人，因妻子被掳，投降后金。他们被赐各五十人，各马五十匹、牛五十头、养五十只、骆驼二头，各银五十两，各缎布若干匹。其随从人员也被赐给妻仆、耕牛、乘马、衣物、粮食、田庐、器用等。这个厚待投降后金汉官的政策表明，努尔哈赤要分化明朝官员，收买汉族地主，进占更多的辽东城镇。
七月二十五日，努尔哈赤继夺取开原之后，又率领贝勒大臣统兵五六万人，出三岔儿堡，围攻铁岭。铁岭之城，“诸夷环绕，三面受敌，最为冲要”（《蓟辽奏议》）。铁岭是明朝沈阳北部的重要城堡。堡垒是最容易从内部攻破的。努尔哈赤为了从明军内部攻破堡垒，不惜重金收买明军中的叛徒，使铁岭守军陷于腹背受击的地位。先是，同年四月，明廷派李如桢为辽东总兵官。李如桢为李成梁第三子，由父荫为指挥使，官至右都督，并在锦衣卫，曾掌南、北镇抚司。“如桢虽将家子，然未历行阵，不知兵”（《明史·李成梁传附子如桢传》第238卷），他受命之后，借父兄权势，又以锦衣近臣自诩，未出山海关，就遣使与总督汪可受讲钧礼，闹得朝议哗然。既抵辽东，经略杨镐以其为铁岭人，派他守铁岭；不久，又令李如桢屯驻沈阳。铁岭仅以参将丁碧等领兵防守，兵力更加单弱。因此，努尔哈赤把丁碧作为饵下游鱼。
后金汗是在探知明军将领之间的矛盾及铁岭城守空虚后，才带兵围城的，他坐在铁岭城东南的小山上，指挥八旗军的步骑攻城。城上游击喻成名、吴贡卿、史凤呜、李克泰等率军坚守，放火炮，发矢石，八旗兵死伤很多。努尔哈赤派兵竖起楯梯，登城毁陴；同时，被收买的明“参将丁碧开门迎敌”（王在晋：《三朝辽事实录》第1卷），引导八旗军进城，明游击喻成名等因外无援兵，内有叛徒，城陷后阵亡。铁岭陷后，“士卒尽杀之”，“屯兵三日，论功行赏，将人畜尽散三军”（《清太祖武皇帝实录》第3卷）。努尔哈赤通过明军中的叛徒，从内部攻破堡垒，智取了铁岭。
然而，总兵官李如桢未能闻警驰援，是明失去铁岭的重要原因。据辽东巡按陈王庭参劾李如桢言：
据七月二十四日酉时，署铁岭游击李克泰以虏入三岔儿堡，紧急夷情飞报李如桢矣。闻虏距边只十四五里，设使亲提一旅，衔枚疾趋，一夜可度铁岭，虏闻援至，自不得不解铁岭之围，何乃缩朒（nǜ）观望，延至二十五日申时方抵新兴铺，俟贺镇守兵至方才合营，而铁岭于是日辰时陷矣。（《明神宗实录》内阁文库本，第47卷）
铁岭陷后城内军丁死亡四千余人，城乡男妇被杀掳万余人。但李如桢纵兵割后金死兵一百七十九颗首级报功而还。李如桢以拥兵不救，后被下狱论死，崇祯时又被免死充军。
开原和铁岭，是明朝辽东御守后金军西进的屏蔽，二城被陷，其失甚大。明人评曰：“铁岭、开原，为辽重蔽，既并陷贼，则河东已在贼握中。”（苕上愚公：《东夷考略·女直》）此为中綮（qìng）之言。
正当努尔哈赤智取开原、铁岭，连连得志的时候，明兵部右待郎兼右佥都御史、辽东经略熊廷弼，驰骑兼程，来到辽阳。熊的到来，使辽东形势发生急剧变化，后金汗进取辽沈计划遇到了困难。努尔哈赤召集诸贝勒大臣及李永芳等，会议进取方略。据熊廷弼获明生员降顺后金并为其谍工的贾朝辅，同年八月的供词称：
本月初十日，降主会集诸部各头目及李永芳等，问此番攻取何先？或曰当先辽阳，倾其根本；或曰当先沈阳，溃其藩篱；或曰熊经略已到，彼必有备，当先北关，去其内患。降主曰：“辽已败坏至此，熊一人虽好，如何急忙整顿兵马得来！”李永芳曰：“凡事只在一人，如憨一人好，事事都好。”降主曰：“说得是。我意亦欲先取北关，免我内顾；将来好用全力去攻辽、沈。”（《熊襄愍公集》第3卷）
上述供词中的降主，即努尔哈赤。熊廷弼经略辽东，打乱了努尔哈赤拟定的进军日程表。努尔哈赤根据辽东局势的变化，重新作了部署：北取叶赫，西抚蒙古，等待时机，攻取辽、沈。
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