十一月下旬的怀来盆地，寒风呼啸，沙尘漫天。明军主力四万余人在此列阵：京营居中，张之极、王聘率领，结成车阵，弗朗机炮、虎蹲炮架设在车架上，火铳手分列两侧；曹文诏的勇士营六千余人部署在左翼，骑兵列成冲锋阵型；卢象升的天雄军一万余人部署在右翼，依托地形构筑简易工事；曹变蛟的两千利刃营则隐伏在盆地西侧的山林中，等待战机。
皇太极的八万大军也已集结完毕，八旗兵与蒙古骑兵分列阵前，红衣大炮架在阵中，巴牙喇纛兵（护军营）环绕在皇太极中军周围。“明人倚仗火器，我等当发挥骑射优势，冲垮其阵型！”皇太极下令，蒙古骑兵率先发起冲锋，马蹄声如雷鸣般响彻天地。
京营的炮兵早已瞄准，张之极一声令下，弗朗机炮、虎蹲炮同时开火，炮弹呼啸着落入蒙古骑兵阵中，炸起漫天烟尘。蒙古骑兵纷纷倒地，阵型大乱，但仍有部分骑兵突破炮火封锁，逼近明军车阵。火铳手轮番射击，崇祯四式火铳和鲁密铳的枪声此起彼伏，蒙古骑兵成片倒下，剩余者被迫撤退。
皇太极见状，令八旗步兵发起进攻。八旗兵身着棉甲，手持盾牌和弯刀，踏着同伴的尸体向明军车阵逼近。明军的火铳和火炮持续射击，后金兵死伤惨重，但仍悍不畏死，踩着尸体向前冲锋。部分后金白甲兵凭借坚固的防护，冲到车阵前，用弯刀劈开车架，与明军士兵展开白刃战。京营士兵虽缺乏实战经验，但训练有素，结成小队与后金兵拼杀，战场上刀光剑影，喊杀声震天，鲜血浸透了土地。
左翼战场上，曹文诏的勇士营与后金骑兵展开激战。周遇吉右臂缠着绷带，仍挥舞长刀奋勇杀敌，勇士营的军士也是个个争先，奋力拼杀，后金骑兵近战受顿，于是开始和勇士营的骑兵拉开距离，后金骑兵的骑射功夫极为精湛，破甲箭不断射杀明军士兵，勇士营伤亡渐增，阵型开始松动。
右翼的天雄军也遭遇了后金部队的猛攻，卢象升令鸟铳手轮番射击，弗朗机炮持续轰击，后金兵死伤惨重，但仍不断冲锋。一名后金白甲兵突破火力网，冲到卢象升面前，弯刀劈下，卢象升侧身躲闪，拔出佩刀反击，两人缠斗在一起，卢象升虽身负轻伤，却最终斩杀对方。
激战至午后，明军车阵已被撕开数道缺口，后金兵纷纷涌入，京营士兵奋力抵抗，死伤近万。皇太极见状，下令投入精锐的骁骑营：“冲垮明军中军，活捉张之极！”两千余名骁骑营精锐骑兵手持长矛，身披重甲，如一股黑色洪流般向明军中路发起猛攻。
就在这危急时刻，盆地西侧的山林中突然烟尘大作，曹变蛟率领的利刃营骑兵如神兵天降。利刃营士兵个个身披特制重甲，人马皆护，手持集策斋打造的崇祯五式双管手铳，在距离后金中军约三十步时，曹变蛟一声令下：“开火！”两轮齐射，铅弹如暴雨般倾泻而出，皇太极的亲卫巴牙喇纷纷倒地，阵型大乱。
“随我冲！直取虏酋大纛！”曹变蛟挥舞马刀，率领利刃营骑兵冲入后金中军。利刃营骑兵装备精良，战斗力极强，双管手铳在近战中威力巨大，打完即弃，随即拔出马刀与后金兵展开白刃战。巴牙喇是皇太极的亲卫精锐，战斗力凶悍，但面对利刃营的重甲和精湛武艺，渐渐不支。曹变蛟如入无人之境，连斩十余名巴牙喇勇士，直扑皇太极大纛。
皇太极见状大惊，亲自拔刀自卫，身边的贝勒和台吉纷纷上前阻拦。曹变蛟与皇太极的亲卫展开惨烈拼杀，马刀挥舞间，鲜血飞溅，他的重甲上已布满刀痕，却依旧勇猛无比。骁骑营见中军危急，被迫回援，中路的攻势瞬间瓦解。张之极趁机下令京营全线反击，勇士营和天雄军也发起冲锋，明军士气大振，后金兵节节败退。
皇太极见中军被破，骁骑营回援不及，明军全线反击，知道决战已无胜算，果断下令：“全军交替掩护，向张家口堡撤退！”后金兵边战边退，蒙古接应部队及时出现在边墙外，挡住了明军的追击。曹变蛟想率军追击，却被张之极拦下：“虏贼尚有残余兵力，且蒙古兵熟悉地形，不可贸然追击，以免中伏。”
怀来盆地的战场
