在天成鎮，2萬餘清兵還在進攻著由魯之域率領的關寧軍。
天城鎮處於大同盆地的最東部，它的南部是孤峰山，北部是蘇木山，兩山之間就是連片的天成平原。隋朝時期，在天成鎮設驛站，稱為玉泉驛，後來置玉泉縣。唐代在這裡置天成軍，這就有了“天成”的地名。遼代在此設天成縣，金代在此築天城堡，成了軍事要塞。進入明代後，洪武二十六年（1393年）在天成縣置天成衛兼置鎮虜衛，當時的鎮虜衛在長城外河套地區的黑城（位於今內蒙古托克托縣），距天成鎮230公里。靖難之役後，永樂帝採取了軍事收縮策略，內遷了長城外的很多衛所，鎮虜衛內遷到北直隸。宣德元年（1426年），為鞏固晉北，鎮虜衛復還舊治。正統十四年（1449年）鎮虜衛內遷到天成鎮，這樣天成衛、鎮虜衛都在天成鎮，永嘉堡（也加永加堡）、新平堡、保平堡、平遠堡、樺門堡、渡口堡、瓦窯口堡、鎮寧堡、鎮口堡、白羊口堡等就屬於天成衛、鎮虜衛管轄。
洪武年間在南洋河南岸重築天成鎮後，城周九里十三步，高三丈五尺，有七百二十六個城垛。城池開有4個城門，東為文安門、南為迎恩門、西為武寧門、北為鎮遠門。城牆外還有護城河，河水就來自南洋河。
天成鎮東60裡是宣府鎮懷安衛駐地，鎮北約30裡就是關寧軍吳志葵部佔領的瓦窯口堡，鎮北約55裡是西洋河，沿河有新平堡、平遠堡、渡口堡、柴溝堡等城堡，鎮東北約40裡的南洋河北岸有永嘉堡。
大順軍東進後，天成衛、鎮虜衛的明軍隨姜鑲投降了大順軍。李自成兵敗山海關後，駐守在天成鎮的大順軍又隨姜鑲投降了清軍。
由於陳子龍的關寧軍佔領了漠南，高勳、姜鑲去府谷增援唐通時，阿濟格也不敢從天成鎮大量抽兵，因此鎮上還留有2千多清兵。宣府萬全衛的清兵逃到天成鎮後，鎮內的清兵一度達到了近4千人。
明軍收復宣府後，魯之域率部從柴溝堡沿著南洋河西進，首先佔領了永嘉堡，然後來到了天成鎮。鎮內來自萬全衛的清兵見明軍追來後，大多逃離了，這樣留在天成鎮的清兵還有近3千人。儘管魯之域手下有5千人，但要駐守張家口、萬全右衛城（今萬全鎮）、萬全左衛城（今左衛城）、懷安城（今舊懷安鎮）等城堡，因此魯之域帶到天成鎮的只有1千人。這1千多人的火力讓鎮內的清兵知道了什麼是真正的“開花彈”，射程達300步遠的燧發槍讓清兵知道了什麼叫“遠端”武器。他們被打死了1千多人後，不得不選擇投降。由於他們原來都是明軍，魯之域將投降的軍官殺掉後，便將投降計程車兵編入自己的隊伍，這樣守在天城鎮的明軍就有了近3千人。
魯之域佔領天成鎮的目的並不是要進攻大同，而是要吸引大同地區的清軍主力，順便封鎖清軍的東逃之路。
圖賴、武賴率2萬清兵來到天成後，見城內的明軍只有3千多人，便將天成城團團圍了起來，然後開始攻城。
清軍攻城後，圖賴、武賴發現不對頭了，儘管城裡大部分明軍使用的是弓箭、大刀、長矛、火銃，但至少有三分之一的明軍使用的武器與塞外進攻長城各城堡的明軍火器是一模一樣，他們不僅有能射開花彈的大炮，也有射程達300步的“火銃”。清軍在死傷了2千多人後，圖賴、武賴就不敢再強攻了。兩人商量後，決定由圖賴留下，圍困天成城，由武賴去進攻宣府。
武賴率1萬清軍沿著南洋河東進40裡後，來到了永嘉堡，發現城堡裡也有明軍。
永嘉堡始建於遼代，原名“王堡屯”，是遼國的一處驛站。進入明代後，於成化十六年（1480年）在舊址上重築城堡，稱為“永嘉堡”，常年駐軍300人左右。嘉靖年間對城堡進行了修繕，萬曆年間將城牆包以磚砌，城周約2440米，高約12米。
永嘉堡西偏北25裡就是瓦窯口堡，北35裡的西洋河沿岸有新平堡、平遠堡、渡口堡。當初為了便於竺碧波率部趕往雁門關，瓦窯口堡就已經被關寧軍吳志葵部佔領了，明軍收復宣府地區後，吳志葵部順勢佔領了新平堡、平遠堡、渡口堡。魯之域佔領永嘉堡後，考慮到瓦窯口堡已被吳志葵部佔領，因此他只在永嘉堡內留下了300人駐守。
武賴見永嘉堡只有300多名明軍，心想拿下這座城堡後，還能補充點糧草，就率部進攻，誰知攻了2天后，不僅沒靠近城堡，還被打死了近千人。武賴心想還是趕往宣府要緊，要是在這裡與明軍糾纏下去，會誤了大事的，於是就率部從南部高170多米的豬頭山繞過了永嘉堡，沿著南洋河河谷繼續東進，前行50多里後，就來到了的柴溝堡（今懷安縣縣城柴溝堡鎮），發現鎮裡有2千名明軍駐守。
南洋河與西洋河在柴溝堡交匯後，向東流約9裡匯入洋河。在唐代以前，柴溝堡是西坡東窪，北泉南溝，林木蔥蘢，綠草成茵，加之水源充足，漢民在此利用水源開墾了土地後灌溉，成了沃野千里的農耕區。突厥在北方興起後，柴溝堡一度被突厥人佔領。進入唐代後，唐軍奪回了柴溝堡，柴溝堡成了邊防要衝。唐開元二年（714年），唐玄宗李隆基為了鞏固邊防，在此營築堡壘，當時稱為“砦溝堡”。進入宋代後，“砦溝堡”被遼軍佔領，成了遼國的後方，因長滿了灌木叢林，遼人取柴用之，故“砦溝”就成了“柴溝”。成吉思汗滅金後，在“柴溝”建立了由蒙古人居住的“柴溝營”。進入明代後，柴溝營被明軍奪回。正統二年（1437年），為鞏固邊防，抵禦北元入侵，就在柴溝營築城堡，開設有東、南、西三座城門。嘉靖四十五年（1566）年，宣府鎮下西路參將駐柴溝堡，轄洗馬林、柴溝堡、西洋河、李信屯、懷安六城堡，這樣儘管柴溝堡沒有設衛，其軍事地位卻高於懷安衛城，高峰時駐兵多達3千餘人。柴溝堡東50裡就是萬全峪城（即萬全左衛城，今左衛鎮），東南約50裡就是懷安衛城（今舊懷安鎮）。萬曆二年（1574年），將柴溝堡城牆加高，包砌磚石。去年，王承胤降李自成後，柴溝堡被大順軍佔領，後來李0鑑、王應暉降多爾袞後，柴溝堡被清軍佔領。
不久前，明軍收復宣府地區，駐守在萬全右衛城、萬全左衛城的清軍逃往天成鎮後，在居庸關宣佈反正的劉芳名率部進駐了柴溝堡、懷安衛城。劉芳名原本手下有1千人，後來曲登斌給他補充了1千名俘虜，這樣他的手下就有了2千人，為此，劉芳名十分感動，心想自己反正後，曲登斌並沒有歧視他。他進駐柴溝堡不久，就聽說郭升在山西榆次城也宣佈反正了。現在他見清軍來攻後，一邊派人去渡口堡、左衛城報信，一邊對手下說道，我們以前曾對不起朝廷，反正後他們也沒瞧不起我們。現在魯千總手下的1千人（事實上是3千人）在天成鎮吸引了近萬清兵，守在永嘉堡的300名弟兄還擊退了清軍的進攻，我們這2千人要是還守不住柴溝堡，今後還有臉見人嗎？劉芳名的手下也紛紛表示，這一次要做一回真正的大明軍人，堅決守住柴溝堡。
柴溝堡處於兩河交匯處，西邊是高約200米的南山，東邊是高約150米的龍王廟山，南洋河就從兩山之間的峽谷流出。武賴攻不下永嘉堡時，可以從高170多米的豬頭山繞過永嘉堡，如他要趕往宣府，要麼拿下柴溝堡，要麼沿著南洋河退回15裡，然後沿著龍王廟山的南麓向東，再沿著洪塘河河谷到萬全左衛城。但他見守城的正是原守居庸關的劉芳名時，恨得牙齒嘎嘎響，心想一定要攻下城堡，殺了劉芳名。
近萬清兵對柴溝堡發起了進攻，可連續攻了2個時辰後也沒能拿下城堡。正當武賴決定明天再攻城時，斥候向他報告，明軍的援兵東邊來了。
武賴忙問明軍來了多少援兵？
斥候告訴武賴，明軍從西邊的渡口堡來了500人，從東邊的左衛城來了30多個人。
武賴聽後心想，駐守在左衛城的明軍大概也沒幾個人，所以只派來了30多個人。30多個人能稱“援軍”嗎？不過，絕對不能讓明軍的援兵進城，於是他下令攔住明軍援軍。
武賴的2個傳令兵走後，他留在營帳裡，想著明天該怎麼攻城。可不一會兒，他的2個傳令兵都慌慌忙忙地跑了進來向他報告，明軍援軍已經突破了我們的阻擊線。
武賴忙問是怎麼回事？
斥候告訴武賴，明軍援軍使用的都是能發射開花彈的大炮，還有射程達300步（約200米）、600步（約400米）的“火銃”，前去阻擊計程車兵一下子被打死了1千多人，不得不退回來了。
武賴在天城鎮、永嘉堡見過明軍的大炮和射程達300步的“火銃”，但沒見過射程達600步的“火銃”，就來到城東，朝遠處望去。只見東邊來的30多個明軍，有20多人手持“火銃”，邊前進，邊開槍，600步外計程車兵被擊中後當即倒在了地上，還有12個人，正操縱著4門大炮，向遠處逃跑計程車兵連續開著大炮。
從左衛城來的明軍是董懿率領的特種小隊。明軍佔領北京後，董懿並沒有留在京城參加“入城儀式”，而是從木蘭軍那裡補充了4門迫擊炮後，馬不停蹄地趕往大同，準備勸阿濟格投降。他來到了左衛城後，就得知清軍正在進攻柴溝堡時，就率部來到了柴溝堡。
武賴見到明軍有射程達600步的“火銃”、能連續發射炮彈的迫擊炮後，當即明白了，在這種武器面前，自己手下的近萬人在這種武器面前，會被明軍殺光的。現在也別想著去宣府城了，趕緊退回天成鎮吧。
清軍得令後，趕緊拔寨起營，沿著南洋河向天成鎮方向逃去。
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