原总兵马林，逃回开原后，即使是接到辽东经略杨镐的信，也没有对城认真布防，却把希望寄托在西部‘蒙’古宰赛、煖兔等部的二十四营方面。为此，曾多次派使者去‘蒙’古联络、‘交’涉，并与宰赛订立盟约，宰赛表面上答应马林，当后金出兵开原时，一定出兵援助。实际上，宰赛并不想真帮助马林，只是表面上与马林虚与应付，任意周旋，暗中却向奴尔哈赤递送情报，配合后金军的进攻。马林不明真相，以为有了宰赛的支持，便可以高枕无忧了。
总之，开原城是文官负责贪污，武将负责玩乐。
对形势看得清楚的部分开原百姓，知道明朝军队打不过奴尔哈赤，后金军队在抚顺、清河的劫掠行为，使他们心惊胆寒，自萨尔浒战后，举家远逃，因此，开原人心并不稳。当然，富有反抗‘精’神的人还是大有人在。
对于开原形势，奴尔哈赤却是知道的相当清楚，后金的情报工作远非明朝可以比较的。在进军的一切准备工作完成后，六月初十，奴尔哈赤把酝酿已久的想法付诸行动，亲自率领后金四万兵力向明朝东北重镇开原进军了。行军三日，天降大雨，河水猛涨。
奴尔哈赤问诸贝勒大臣：”是领兵返回呢？还是向前进呢？如往前进兵，道路泥泞，河水难渡怎么办呢？”
大家议论一番，决定留住两天，等待水退路干再走。本来奴尔哈赤认为好以盛夏雨水时，动兵犯抢，盖出人不意也。此次因停留时间较长，恐怕逃出的人把后金出兵攻取开原的消息报告给大明，就来了个声东击西。派遣上百人的一支部队，从抚顺去沈阳抢掠，使明朝认为真的去进攻沈阳，而忽略防守开原。
出人意料的是，后金派往开原探路的人回来报告说，开原地方未曾降雨，河水未涨，道路也不泥泞。于是大军起行，经过尚阳堡，明朝守军发炮狙击无效。
六月十六日，后金兵临开原城下。开原对奴尔哈赤‘欲’攻开铁已非一日，缺乏应有的警惕和实际的防御措施，又恃宰赛煖兔新盟，不之备。
后金军已经攻上来了，开原的战马还散放在城外的各个地方吃草。后金对他们的情况知道得清清楚楚，所以飞速前进，等后金抵达城下时，许多开原骑兵变成步兵。马林等诸将仓促应战，把多数兵布防在城墙之外，派少数兵登城上墙，抵御敌人。
后金兵也一分为二，一部分设楯梯进攻，另一部分‘精’骑击向马林城外防兵。他们从东南方面进行围攻，将城‘门’破坏，打败了东‘门’外的明兵，要夺‘门’，明兵把城‘门’关闭，后金兵夺‘门’争入。
马林派往登城的兵四面皆溃，城外兵见势不妙，纷纷逃奔。后金攻城的兵逾墙而入，并据城向外攻击，马林的城下兵被城壕所阻，进退无路，基本被歼灭了。马林、于化龙、高贞等明将皆战死，郑之范预先一步逃跑了。
开原城里的百姓，与清河城的百姓相同，当后金兵沿街挨户抢掠时，遭遇了狙击，不少后金兵死于百姓的铁锄菜刀等自制武器下面。后金兵在城里遇到反抗，十分恼火，结果他们见人就杀，不分老少，一律杀死。因此开原百姓最为悲惨，朝鲜李朝实录记载则后面有些话有些不同：开原城中最多节义之人，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。
叶赫在开原被后金包围时，首先向明朝辽东作了报告，但是他们派出援救开原的两千兵到达开原时，这个城已经不属于明朝了。
明朝防守铁岭的总兵李如桢、副将贺世贤听到开原被攻围的警报也率兵北援，未至，开原已失。李如桢贺世贤领军退回铁岭城。
奴尔哈赤以胜利者的姿态进入开原，在南‘门’楼上坐下观看后金兵收拾战场的最后情景。从十六日至十九日，后金军在开原住了三宿，杀害和掳掠了城内两卫一州的十余万男‘女’，藏匿获生及逃出者仅约千余。城中财物、金银、牛马牲畜等皆被夺去。这些物资被用牲驮车载，三天尚未运完。离开时将开原城毁坏，房屋尽数焚烧。估计被屠杀和自杀的民众在六七万上下，劫掠民众在三四万上下。
攻陷开原以后，令奴尔哈赤深受感动的是，有更多明朝的地方官投向后金，守备阿布图巴图鲁，‘蒙’古人，城破后投于后金。接着又有王一屏、戴集宾、金‘玉’和等六千总带二十余人投降后金。
奴尔哈赤高兴地说：”看这些来降的人就知道这是天保佑我！他们是听说我养人才来的。”
于是给这些人按职务高低赏赐了人夫、牛马羊驼以及白银绸缎布匹等物。奴尔哈赤分别赐给他们许多财物，目的是想利用他们去影响其他明朝官吏，进一步夺取更多的辽东城镇。