第三師參將把兩千士兵分佈在鐵嶺兩側。南坡交給第一營防守，北坡由第二營佔據，餘下兵力守住橋樑和山腰石牆。多爾袞與倭軍同時逼近，明軍只要丟掉一處山口，鐵嶺便會被前後夾穿。
參將派出的求援騎兵趕到陽德時，金應河正在修復糧道。六門輕炮才運過倒塌城門，炮車輪軸已經損壞兩根。
“鐵嶺守軍只有兩千人，南北兩面共有近萬敵軍。參將請咱們天黑以前趕到南坡，否則他只能毀橋退入山林。”
金應河命士兵卸掉糧車，把馱馬全部套到炮架上。“留下一個營守陽德，其餘人攜帶火藥和乾糧出發。炮車若壞在路上便拆下炮管，二十個人抬也要抬到鐵嶺。”
海州兵沿山道趕路，沿途遇見大批逃散的朝鮮禁軍。部分人願意帶路，部分人藏進村莊。金應河沒有停兵收攏，只派軍官告知他們前往陽德繳械。
鐵嶺南坡已經響起槍聲。多爾袞派出一千白甲兵試探谷口，又讓朝鮮禁軍從兩側林地攀爬。第三師槍手守在石牆後面，前排裝填完畢便退到坡後，後排接替射擊。
八旗兵連續衝過兩次，石牆外留下百餘具屍體。多爾袞沒有繼續投入白甲兵，而是把抓來的民夫趕到前面，逼他們搬運木板填平河溝。
參將從山腰看見民夫進入射程，命槍手停止開火。他讓朝鮮通譯隔著河溝喊話，要求民夫丟下木板趴在原地。
後金軍官揮刀砍倒兩人，餘下民夫仍舊不敢移動。八旗火槍手藏在人群后面推進，距離石牆不到八十步時，數十名民夫忽然扔下木板，順著河溝向兩邊逃跑。
第三師槍手重新舉槍。藏在人群后的八旗兵失去遮擋，前隊很快被擊退。幾名後金軍官還想抓回逃民，也被山腰槍手攔在河溝外面。
北坡戰鬥更加吃緊。三千倭軍攜帶四門輕炮，抵達以後便朝關牆開火。鐵嶺北側石牆年久失修，連續捱了十餘發炮彈，牆面出現兩處缺口。
第二營營官把裝滿碎石的木筐推到缺口，又派長槍手守住內側。倭軍火槍兵在林間分散前進，武士則抬著木盾靠近山牆。雙方隔著亂石交火，明軍彈藥消耗很快。
參將無法從南坡抽兵，只能讓橋邊預備隊運送火藥。第三批彈藥箱送到北坡時，倭軍已經佔住外側石臺。第二營傷亡超過三百人，營官也被鉛彈打傷肩頭。
北面倭軍再次推來輕炮，準備貼近缺口開火。山道後方卻傳來號炮，平壤派出的八百騎兵沿咸興舊路趕到。騎兵副將沒有衝擊倭軍正面，先帶人繞向東側坡地，用火槍攻擊炮隊後方。
倭軍被迫分兵迎戰，推到石牆外的輕炮失去保護。第二營衝出缺口，用鐵鉤拖回兩門炮，剩餘炮手只能棄械退入林中。
多爾袞從南坡聽見北面槍聲，知道接應部隊未能奪關。他把三千朝鮮禁軍推到谷口，要求他們搶在天黑前攻下橋樑。
朝鮮禁軍剛在河溝外列陣，隊伍後方便出現海州軍旗。金應河領兵趕到鐵嶺南口，六門輕炮被馱馬拖得東倒西歪，炮管外面全是泥土。
後金後隊調轉陣形，準備阻擋海州兵。金應河沒有等待炮架修復，直接讓士兵把兩門炮架在土坡上。炮手用木楔墊住炮尾，朝後金騎兵發射霰彈。
多爾袞原本以為海州兵仍會聽從朝鮮王室調令，不願幫助明軍圍攻。他派出一名朝鮮軍官來到陣前，要求金應河放開南面道路。
“國王已經答應保留後金軍隊，只要旗主退到咸興，朝鮮便可避免更多戰事。金將軍若繼續協助明軍，漢城百官也不會容你。”
金應河騎馬停在炮位後方，沒有讓使者靠近。“海州百姓被倭軍圍攻時，多爾袞沒有派來一兵一卒。李倧的降表已經送到大明皇帝手裡，你還敢拿王命欺騙軍中士兵。”
使者取出一塊王室腰牌。“這是國王交給多爾袞的通行令，落款只在五日前。金將軍若不相信，可以親自查驗。”
金應河讓盾手接過腰牌，檢視背面刻字以後，直接扔進火盆。“李倧五日前還想放走後金，三日前便向大明獻出國印。他的軍令保不住你們，海州軍也不會給多爾袞讓路。”
使者轉身逃回後金陣中，金應河隨即命輕炮開火。三千海州兵沿官道推進，與鐵嶺南坡守軍形成夾擊。被迫攻橋的朝鮮禁軍先丟下兵器，成隊退到河溝西側。
多爾袞斬殺兩名逃兵，仍舊無法攔住整支隊伍。他身邊只剩五千餘名八旗兵，其中不少人已經失去戰馬。南面海州兵繼續逼近，北面倭軍也被明軍騎兵拖在山林。
鐵嶺參將升起紅旗，第一營從石牆後發起反攻。明軍盾手越過河溝，火槍兵沿兩側高地推進。八旗兵被壓在谷地中央，只能向東側山坡突圍。
曹文詔派出的騎兵副將從北坡轉向東面，提前佔住山路出口。多爾袞親自帶白甲兵衝擊騎兵陣地，接連投入數百人仍未開啟道路。
天黑以前，金應河的海州兵佔住南坡。六門輕炮全部推到山腰，炮口封住谷地。參將派通譯進入朝鮮降兵中間，要求他們遠離八旗隊伍。
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