我们上文说到袁应泰代替熊廷弼为辽东经略，见熊廷弼待下甚严，他却格外放宽。
努尔哈赤灭了叶赫，正愁没法图辽，得了这个消息，喜不自胜，随即整饬军队剑指沈阳。
天启元年、后金天命六年（1621年）三月十二日，大批后金兵进攻沈阳，沈阳总兵贺世贤，忙登陴守御，并着人飞报袁应泰。袁应泰此时正想三路出师，规复清河、抚顺。
沈阳城很坚固，城外浚濠，伐木为栅，埋伏火炮，环城设兵，守卫很严。努尔哈赤未敢马上逼进城下，先以数十骑隔壕侦察。
总兵尤世功帅兵追击，斩首四人。总兵贺世贤率亲兵千余人出城迎战，努尔哈赤诈败，贺世贤乘锐进击，忽然敌骑从四面冲出，总兵官贺世贤、尤世功败北而回。
蒙古降人果然作了内应，断了城外吊桥，手下劝贺世贤先撤兵辽阳，贺世贤说：“吾为大将，不能存城，何面目见袁经略乎！”挥铁鞭杀向后金军，击杀数人，中箭坠马而死。
尤世功引兵来援，亦战死。城外兵皆溃，参将夏国卿、张纲、知州段展、同知陈辅光皆死于阵前。当时川浙总兵陈策率川兵渡浑河增援，与童仲揆等皆战死。后金军遂攻克沈阳城。此一战乃辽左用兵以来第一血战。
袁应泰正急调集诸军，拟援沈阳。忽一探马来报道：“沈阳失守，贺总军殉节。”应泰大惊，及问明细底，方知沈阳有蒙人内应，贺世贤为他所卖，以致与城俱亡。当下顿足自悔。
袁应泰令奉集、咸宁各军撤退，全力守辽阳，并引水注入城河，沿河排列大炮，兵士环城守卫。
十九日后金军兵临城下，袁应泰亲自督率总兵官侯世禄、李秉成、梁仲善、姜弼、朱万良出城五里迎战。
后金军前队已到，梁仲善不分皂白，拍马杀入，侯世禄、姜弼恐梁有失，即上前接应，不料后金兵放进梁仲善，截住侯世禄、姜弼。侯、姜二人，几次冲阵，都被敌阵中箭矢射回。
后金军突然上前，突入明军阵内。明军支撑不住，望后退走，袁应泰手刃逃兵数人，仍无济于事，只得不断后退，检点军士，已丧失三分之一，侯、姜二将，又身负重伤，梁仲善已然阵亡。
袁应泰还想仗着城濠深广，分陴固守，谁知到了次日，后金军已将城西大闸掘开，把濠中水一泄无余，后金军竟渡濠攻城，分作左右两翼，左翼兵奋勇直上，双方鏖战很久。很多后金骑兵冲到城边，被战败的明军向城外奔去，有的被淹死，有的被后金军杀死，伤亡惨重。袁应泰与巡按御史张铨等分陴（城墙上凹凸形的小墙）固守。监司高出、胡应栋等翻城墙逃走，城中大乱，人心离散。
翌晨，右翼兵又陆续登城，袁应泰督率军士持盾牌大战，又败阵，到傍晚，更楼起火，后金军从小西门进城，很多居民点灯等待后金军，妇女也盛装在门前迎接，这可能是蒙古人所引导的。
袁应泰在城楼上见此情况，觉得大势已去，无法挽回，流着泪对巡按御史张铨说道：“我为经略，城亡俱亡。公文官无城守责，宜急去，退保河西，图后举。”张铨道：“公知忠国，铨岂未知？”
应泰无言，挂了剑印，悬梁毕命。仆人唐世明抚着袁应泰的尸体大哭，放火烧楼而死。此事传到朝廷后，追赠袁应泰为兵部尚书，并隆重祭葬，封其子为官。
张铨被清兵救下押见努尔哈赤，努尔哈赤劝他归降，张铨道：“生作大明臣，死作大明鬼。”
努尔哈赤道：“忠臣忠臣，杀之何忍？”遂纵令还署。
张铨既返署中，整好衣帽，遥拜京师，西向辞父母，复自缢死。
辽阳既下，辽东附近五十寨，及河东大小七十余城，皆望风投降。这信传到明廷，众明臣又记起熊廷弼来，熹宗此时也有悔意。
这一年六月，后金左翼总兵官，一等大臣额亦都去世，努尔哈赤再次痛失一员猛将。
钮祜禄·额亦都，满洲镶黄旗人。1580年（万历八年），努尔哈赤途径嘉木瑚寨，借住在穆通阿家中。额亦都与努尔哈赤彻夜长谈，相见恨晚，不顾姑姑的反对，决定跟随于他，并道：“大丈夫生于世间，岂能碌碌而终。我一定会建功立业，不让姑姑担忧。”次日，额亦都便随努尔哈赤离去。
额亦都随努尔哈赤征战诸部，讨尼堪外兰、攻打巴尔达城（获巴图鲁称号），率军连下克尼玛兰城、章家城、索尔瑚寨，平定哈达部、灭辉发部，与安费扬古夺取马根单、花豹冲、三岔儿等堡垒，参加萨尔浒之战大败马林、刘铤部。
额亦都屡随努尔哈赤征战，未尝败绩，1621年（明天启元年，后金天命六年），额亦都在沈阳病逝，终年六十。
额亦都有十六个儿子，其中四个儿子战死沙场，第十六子遏必隆，为康熙朝辅政大臣。