由于万历皇帝与文官长年的斗法，此刻大明朝廷缺员严重，内阁只剩首辅方从哲一人。方从哲祖籍浙江，自然被划到浙党的范畴，此时东林党的成员在神宗的罢斥下，尽遭驱逐。抚顺事变后，万历皇帝拒绝努尔哈赤的议和请求，一力要战、那么战争的组织任务便落在了首辅方从哲、兵部尚书黄嘉善、兵科给事中赵兴邦身上。
而此时不仅辽东缺兵缺饷、战马不济，就是朝廷也拿不出钱来组织一次像样的战斗。由于地方官和士绅的一意阻挠，矿税和商业税所收的钱也十分有限，在这种情况下，只有加派辽饷解决问题，任务又加到了农民的头上。
全国田土除贵州外，万历四十六年在正赋外每亩加征银三厘五毫，万历四十七年加征银三厘五毫，万历四十八年加征二厘，前后共九厘，一共增赋五百二十万两。此时，整个大明帝国都运转起来了。
李如柏被任命为辽东总兵，蓟辽总督汪可受移驻广宁，辽东巡抚周永春移驻辽东镇，顺天巡抚和保定总兵移驻山海关，保定巡抚移驻易州，加强黄土岭、一片石的防护，对京城加强管制，严防努尔哈赤的奸细混进紫禁城，同时在辽东和关内募兵三万，往旅顺口、汪家口增派水师，联合镇江、宽甸等处兵马攻击努尔哈赤后方。杨镐为兵部左侍郎兼右佥都御史经略辽东，赐尚方宝剑，御史陈王庭巡按辽东兼监军事，新设辽东饷司于广宁，管理东征粮饷，复开辽东海运，以水路保障物资供应。传令九边严防外敌来犯，并通敕天下，有能擒斩努尔哈赤者赏银一万两，升都指挥；有擒斩其余八大总管、十二亲伯叔弟侄及有名头目者，都从厚从优升赏；被虏如李永芳等，投虏如佟养性等，若能俘献努尔哈赤，俱得免死；叶赫贝勒金台石、布扬古若能擒斩努尔哈赤，将给与建州敕书并封龙虎将军。
万历四十六年冬，宣府、蓟镇、大同、延绥、甘肃各镇、云贵土司、浙江、四川、山东各路兵马向辽东云集，朝鲜光海君派兵一万三千人，女真叶赫部派兵二千人，明军各路主客军七万二千人，一共八万七千人。
作战方案是采取四路分兵的方式。北路军由马林率领二万明军和二千名女真叶赫兵从三岔儿堡出，进攻赫图阿拉；西路军由杜松率领二万五千明军出抚顺关，进攻赫图阿拉；南路军由李如柏率领二万明军出鸦鹘关进攻赫图阿拉；东路军由刘铤率领七千明军和一万三千朝鲜军从宽甸堡出发，进攻赫图阿拉。另外，总兵官牛秉忠、辽东都司张承基驻辽东镇作为机动，李光荣率军驻广宁保后方，副总兵窦承武驻前屯监视蒙古，管屯都司王绍勋总管运输粮草辎重，本部坐镇沈阳，居中指挥。
因为中原汉人在出塞对部落民族作战的时候通常都采取分兵的方式，因为部落民族居无定所，一旦合兵一处找不到其主力，只能空手而归。另外在塞外转个十天半个月，粮草就会不济，所以，李如松时常轻骑出塞寻找敌军主力就是这个道理；另外，分兵是为了获得空间机动性，一旦合兵一处被敌军包围，则会丧失空间机动性，朝鲜战场上的蔚山之战就是如此，后来在万历二十六年的秋季攻势中，明军才兵分三路攻击日军驻点；除此之外，还有一点就是吉林省多山的地理环境也不适合于大军集结在一起行动。
此时，由于朝廷财政困难，所以粮草征调不易，加上首辅方从哲的儿子牵扯到一件案子当中，方从哲本人正遭政敌弹劾，这些都使得这场战争需要速战速决。一来解决粮草问题，二来挽救方从哲正面临的窘迫局面。所以，在这种情况下，兵科给事中赵兴邦每日发红旗促战。
万历四十七（1619年）二月，经略杨镐在辽东镇演武场发兵仪式上颁布十四条罚约：
一，各路信地，距奴贼城寨计道途远近，定出兵日期。如违日期者，明系逗留，主将以下领兵官皆斩。
二，本路虽杀贼收兵，见别路为贼所乘，不即救援者，明系观望，主将以下领兵官皆斩。
三，主将与将领、千把总及军士，或有私仇于阵中，乘机陷害者，审实处斩。
四，官军临阵退缩不前者，登时立斩。?
五，马步兵前队以冲锋陷阵破敌为功，不许割级，俟贼败走之后，方许后队割级，验功之时，前后三七分赏。如贼未败，而争先割级、来抢级者皆斩。?
六，临阵私逃及诈称病规免者斩。
七，营中蓄藏妇女者斩。?
八，营中不加紧严防，致失火延烧火药粮草者斩。
九，杀被掳人民报功者斩。?
十，滥杀投降夷人及老幼妇女充功者斩。
十一，争夺高丽及叶赫部所获首级者斩。?
十二，攻克贼寨争抢财物致有失机者斩，仍罪及本路将领。?
十三，俘获贼属子女及被掳汉人妇女隐匿不报者斩。?
十四，督运及护粮草官违误军兴者斩。
接着，杨镐取尚方剑把抚顺之战临阵逃脱的白云龙当场枭首示众，并决定二月二十一日出师。后因天降大雪，行军困难，将出发日改为二十五日。接着，杜松说现在大雪迷路，请求延后发兵，刘铤也说对地形不熟悉，要求缓兵。杨镐勃然大怒曰：“国家养士，正为今日，若复临机推阻，有军法从事耳！”说完，把皇上钦赐的尚方剑挂于军门。
此时努尔哈赤手下有常备军六万人，加上在界藩山筑城的二万手持武器的女真农夫，女真士兵已达八万人。而只有七万人的明军在数量上根本不占优势，更为重要的是，女真人的生活习惯早已形成了他们的那种强悍体质，这些士兵身穿两层甲胄，明军的鸟铳和弓箭对他们作用也不大。所以，在这个时刻，没有人知晓这样一个事实上的问题，那就是明军根本不是女真人的对手，此战，明军必败。
西路军山海关总兵杜松为了抢功，于二月二十九日夜晚持火炬出抚顺关，直向赫图阿拉杀去。三月一日清晨，明军抵达浑河，官兵强渡浑河，渡过浑河后，杜松带领大军连克两座寨子。午时刚过，杜松大军抵达萨尔浒，跟埋伏在萨尔浒处的达尔汉辖的四千兵马遭遇，此时西面吉林崖上的代善带领六千军队也向明军冲来。
杜松随即命令都司刘遇节率五千骑兵猛攻达尔汉辖的四千骑兵。一战下来，官兵斩获颇多，达尔汉辖逃走后，刘遇节随即在萨尔浒扎下大营，官兵开始一拥而上争抢女真人首级。
此时杜松亲率二万大军开始攻打吉林崖，无数的鸟铳、箭镞向崖上射去，代善指挥着军队用弓箭和石块还击。杜松让人架起佛朗机火炮对着崖上猛轰，火炮崩裂出的铅子打得女真人尸横遍野，代善带着剩下的人从崖后面逃了下去。杜松遂在崖上立营，跟崖下官军大营互为犄角，并拨掉五十辆火炮车给刘遇节。
傍晚，努尔哈赤亲率三万人马和两万名拿着武器在界藩山筑城的女真民夫抵达萨尔浒，皇太极率两万人抵达吉林崖下，代善和达尔汉辖带着残兵又返回萨尔浒。此时，聚集在萨尔浒的叛军已达七万多人。努尔哈赤亲率五万多人攻打刘遇节大营，刘遇节用火炮车和马鞍围在大营周围，面对五万多人的攻击，官兵的火炮和鸟铳、弓箭齐发。在努尔哈赤的命令下，五万多人没命的往里冲，终于冲破了官兵的防线。五千明军拔出腰刀跟五万多女真人力战，最终全部战死，都司刘遇节、游击张大纪阵亡。
接着，努尔哈赤和皇太极合兵一处包围了杜松的两万军队。
崖上的明兵挖好了沟渠，做好了工事，准备与七万多人决一死战。七万叛军乘着夜色开始猛攻杜松大营。无数的佛朗机炮和虎蹲炮四面开花，女真人密集的箭镞也向炮手射来。代善、阿敏、莽古尔泰、皇太极各带一万人马从四面围攻官军大营。叛军顶着盾牌，抱着尸体往上冲。此时，漫山遍野喊杀声震天，整个吉林崖血流成河，努尔哈赤仍不计伤亡指挥军队往上冲，包围圈在慢慢缩小，最终女真人冲了上来。
杜松一声令下，剩下的明军扔掉火炮、鸟铳、弓箭，拔出腰刀跟女真人血战，最终全部战死。山海关总兵杜松、保定总兵王宣、原保定总兵赵梦麟、都司柴国栋、游击王诰、杨钦、汪海龙、杨汝达、监军张铨相继战死。
消灭完杜松部后，努尔哈赤带着剩下的兵马马不停蹄的向北往马林部奔去。
由于努尔哈赤集中兵力首先对付杜松部，三月二日凌晨开原总兵马林部先锋游击龚念遂率两千车营于斡浑鄂谟与努尔哈赤的骑兵遭遇，龚念遂、李希泌迅速摆好阵型开炮，其他明军开始用鸟铳和弓箭射击。女真骑兵速度非常快，瞬间突破官兵的炮火，一阵砍杀，二千官兵包括龚念遂、李希泌战死。
此时马林的一万五千人马和叶赫部的二千人马已到了离萨尔浒三十里路的尚间涯，监军潘宗颜带着三千人马殿后。
发现前方官军后，努尔哈赤命令手下士兵抢占山头，居高临下冲击明军。但不等女真人抢占山头，明军已经冲了上来。马林让人架起火炮对着山下努尔哈赤的军队猛轰。
此时的马林已经得到杜松的败报，眼看女真人势大，遂让开原副总兵麻岩带着五千人断后。马林和都司郑国良、参将丁碧、游击葛世凤带着一万兵马和叶赫部人马开始撤退。
麻岩带着五千兵马跟后金军血战，最终全部战死。在这场阻击战中，副总兵麻岩、参将李应选、游击赵启桢战死。
拿下尚间涯后，努尔哈赤又率大军攻打监军潘宗颜驻守的斐芬山。潘宗颜在山上挖好了沟渠，做好了工事，后金军全部下马，徒步攻山。重装金军在前面以长矛、大刀开路，轻装金兵在后以弓弩射击。山上密集的炮火、弩箭向金军打去，攻山金军死伤无数，山路上死者枕藉。眼见伤亡过大，努尔哈赤遂命令撤军。
午后，努尔哈赤又率大军攻山，此时明军炮火和箭镞已经消耗殆尽，剩下明军举起石头向叛军砸去，但却被女真人的箭镞纷纷射死。最终女真人攻上山去，潘宗颜带着剩下的人拿着腰刀向金人冲去。斐芬山一战，三千明军，监军潘宗颜、游击窦永澄、守备江万春、通判董尔励全部战死。
努尔哈赤攻击马林一部的三场战斗，官兵战死一万人。马林带着剩下的一万官兵撤回了开原，叶赫部首领金台石、布扬吉带着剩下的叶赫士兵撤回了北关。
杜松、马林两路兵败后，杨镐得到消息，便急令传信兵让李如柏、刘铤两路兵退回。辽东总兵李如柏一路从鸦鹘关出边向赫图阿拉杀来，一路上山高水险，荆棘丛生，行军缓慢。由于李如柏一路离沈阳较近，李如柏接到退军命令后，遂沿原路返回。刘铤部山高路远，一直未能接到撤军命令。
四川总兵刘铤率领五千明军居前，监朝鲜军的乔一琦率两千明军和朝鲜副元帅金景瑞率领的三千鸟铳手居中，朝鲜都元帅姜弘立率一万名步兵居后。二万明朝联军二月二十九日出宽甸堡，一路上急行军，途中遇到五百名叛军骑兵，明军一拥而上斩杀八十五人，生擒八十八人，叛军中两名牛录战死。刘铤立即写好塘报报给杨镐。接着，明军又一路连下卜失、牛毛、马家、板桥、甘孤里、古坟等十余座寨册，深入女真腹地三百里。三月二日至深河，官兵一路抢功，一路烧杀焚毁，军队士气高昂。
打退马林一路官兵后，三月四日，努尔哈赤带着四千兵马返回守卫赫图阿拉，此时，努尔哈赤并不知道刘铤率先锋部队五千人已经抵达离赫图阿拉南部七十里地的阿布达里冈。
此时，代善、阿敏、皇太极、达尔汉辖带领的叛军也抵达阿布达里冈。叛军抵达后，官兵已经做好工事，在周围布满鹿障，架好炮车。三月四日，代善率领一万兵马自西向东进攻，皇太极率领一万兵马自东向西进攻，阿敏、达尔汉辖率领两万骑兵正面进攻。刘铤依靠着五千兵马牢牢守住了大营，叛军数次攻击都被打了回来，官兵的虎蹲炮、大发、轻发佛朗机炮打的四周积雪迸起老高，周围积雪都被炮火铲平。
火炮后面的明军则用鸟铳、多管火枪、连发弩剑轮番射击，虽然官兵依靠远程兵器建立了牢固的防御，但在四周数万叛军骑兵顶着枪林箭雨毫不怕死的冲击下，官兵的防线最终被冲垮。眼见叛军冲来，刘铤点燃一捆炮仗冲向叛军自爆而死，刘铤养子刘招孙身中十几箭，手持大刀连砍十几人而死。管宽甸都司祖天定、南京六营都司姚国辅、山东管都司事周文、四川副总兵江万化、叆阳守备徐九思、浙兵营备御周翼明、监军海盖兵备副使康应乾、同知黄宗周相继战死。
刘铤死后，周围居住的女真人怜其忠勇，便找到刘铤尸体将其埋葬祭奠。刘铤将其从朝鲜带来的那一千多名投降的日军编成倭兵营，在此战中，这支倭兵营和刘铤麾下的那些具备南亚色彩的多国部队也全部阵亡。
剩下的三千名川兵和浙兵退到后面的山上，叛军又开始攻山，三千名南兵在寒风凛冽中用刀和长矛跟叛军力战，最终全部战死。
消灭完刘铤的五千名先锋后，代善、阿敏带着剩下的兵马连夜向富察甸奔去。富察甸是监朝鲜军的镇江都司乔一琦率领的两千明军和朝鲜都元帅姜弘立率领的一万三千名朝鲜军驻扎在那里。
乔一琦的二千明军和朝鲜副元帅金景瑞的三千名鸟铳手驻扎在前面，姜弘立率一万朝鲜兵驻扎在后面。前锋五千名明朝联军前后挖好数道沟渠，依靠着纵深和鸟铳、弩机阻击。眼看数万叛军奔来，联军开始放火炮、鸟铳和箭弩。数万骑兵马不停蹄的直冲过来，联军的鸟铳、弓弩根本抵挡不住，眼见叛军冲到眼前，乔一琦、金景瑞带人后撤，撤到朝鲜都元帅姜弘立大营中。代善、阿敏、皇太极的数万大军顿时将一万多名明朝联军团团围住，一万多名明朝联军开始力战。
明朝联军在四周堆满棘杖，联军依靠鸟铳、弓箭紧紧固守，乔一琦、金景瑞亲自带人冲出去跟叛军白刃，战斗一直进行到天亮。
三月五日凌晨，叛军已经攻破了明朝联军大营，此时明军已全部战死。眼见叛军奔了上来，乔一琦跳崖而死，姜弘立、金景瑞带着朝鲜兵仍在死拼。最终，金景瑞自刎而死，姜弘立带着剩下的四千名朝鲜军投降叛军。
至此，萨尔浒战役已经全部结束。萨尔浒一役，明军阵亡四万二千人，朝鲜军阵亡九千人，叶赫部女真兵阵亡数百人。努尔哈赤兵马保守估计阵亡六千人。
战后，杨镐下狱。二年后，李如柏于京城家中自缢而死。杜松，赠少保，左都督，荫一子锦衣卫千户，立祠，赐祭葬；刘铤，赠少保，左都督，荫一子锦衣卫千户，立祠，赐祭葬。其余战死者，皆赠官升荫，战死士兵者，造册报兵部，抚恤其家。朝廷优待死者，更是激励生者。
萨尔浒战役失利的消息并没有令万历皇帝沮丧起来，他很快便冷静下来，他意识到建州问题已经不是一年二年能够解决的问题，必须要做长期的准备，目前所要做的就是将辽东形势稳定下来。
很快，万历起用熊廷弼为兵部右侍郎兼右佥都御史，经略辽东。熊廷弼来到后，招置流民和逃兵、斩逃将、祭奠死难者、积极组织防御，辽东形式安定了下来。熊廷弼就像一尊真神一样镇住了辽东纷乱的局势。
