年），他还率兵多次击败清军的进攻，并多次拒绝其舅父祖大寿替清军对他的“招降”，很想做明朝耿耿忠臣（当时他也不可能因舅而降，因为其父吴襄在北京，且受崇祯帝信用）。
吴三桂离开宁远前，清军已经占领了中后所（今辽宁绥中）、中前所（今绥中前所）以及前屯卫。山海关之外，只有吴三桂孤军奋战，死守宁远孤城。
明廷下诏，指示吴三桂弃宁远回援京师，他当时确实闻命即上路。临行前，吴三桂下令把宁远城中的所有建筑皆烧毁，以免资敌。但由于宁远城内兵民相加共五十万人，人多物多，全部迁徙入关非常费事。沓沓而行，一天只能走数十里，直到三月十六日才抵达山海关。吴三桂此时真很“仁义”，大有刘玄德当年之风。话说回来，他此举也是“妇人之仁”，君父在京，岌岌可危，最要紧的是回援回京。但话又说回来，他几万人马赶到北京，面对一百万农民军，也不一定是对手。
吴三桂安顿居民后，率部队急驰入卫，三月二十日到抵丰润，却听说农民军已经在前一天攻破北京城。这时候，吴三桂平生第一次真正处于两难地步：孤军穷途，要不投降农民军，要不投降满清。思想斗争并不久，吴三桂就作出了抉择：准备投降李自成。一来自己老父陷于北京，为李自成扣押；二来大明已亡，新朝甫建，不失为开国功臣。而且，与他同级的有兵有将有城的唐通、姜环等人都已经降附，他吴三桂投附，也算不甘人后，知天顺命。
李自成当然注重山海关方面的吴三桂，入京后即派人持檄招抚，表示他归大顺后“不失封侯之位”。
于是，犹疑间，吴三桂往北京方向赶路，一路大贴告示安民：。
北京城内的吴三桂父亲吴襄为全家性命打算，也“语重心长”亲笔写信来劝。老吴的信，可能被农民军所逼，不得不写。（还有一说是李自成先派明朝降将唐通带兵持金帛迎降吴三桂并接管山海关。）
行至半途，吴三桂得知了大顺军在北京拷打明朝官员追赃之事，不少暗中逃出的官员遮道哭诉，吴三桂大失所望。当他得知自己父亲也被夹拷的消息，愤怒至极，决定不再入京，怕自入罗网后父子遭杀戮。后人总是渲染吴三桂爱妾陈圆圆（陈沅）被刘宗敏抢掠奸污之事是他叛李自成的主要原因，其实这只是次要原因。
前明遗老和满清文人日后为了加重吴三桂“罪行”，故意拿他“冲冠一怒为红颜”说事，以此反衬他对明朝的不忠与对父亲的不孝。
吴三桂与李自成撕破脸，自然要靠近背后咄咄逼人的满清。但当时吴三桂不是即刻降清，而是以大明朝孤臣义士的身份，向满清“借兵复仇”。
吴三桂请清军从喜峰口、密云等处入边，自己试图仍旧掌握山海关险隘来牵制清军。
当时，多尔衮所领大部清军的的确确不是往山海关方向走。他听从洪承畴建议，怕李自成农民军烧空抢光北京后西遁西安，正急行军想从蓟州、密云等处进攻北京。
接到吴三桂密信，多尔衮大喜过望，立刻改变主力部队行军路线，直奔山海关而来。同时，他写信给吴三桂，许以“裂土封王”，要对方投降，而不是“借兵”。
吴三桂听说农民军大部来攻，心里发慌，立刻回信要清兵速来助战。
四月二十一日，清军前军抵达山海关外，在欢喜岭上结营，并与吴三桂进行了过程艰难的“谈判”工作。不久，大军接踵而至，清军共十四万人集结于关外。
李自成听说吴三桂与清军搭上线，不敢怠慢，派出降将唐通与白广恩先率骑兵赶至抚宁县东南的一片石，而他自己则率主力布阵于石河（今秦皇岛燕塞湖水库）。
此时，多尔衮及部下将领均心有疑惑，第一是怕吴三桂骗人，第二是清军从未与李自成交过手，心中没谱儿。于是，清军先拿唐通一军开练，首先在一片石打败了这批为数不多的前“官军”与农民军混和的部队。
一片石战役，清军虽胜，但无关山海关大局。
惶急之下，四月二十二日清晨，吴三桂本人亲自出关，驰奔欢喜岭上，拜见多尔衮。
多尔衮拉着吴三桂的手说“掏心窝子”话：“君为故主复仇，大义可嘉。我今次领兵入关，严令大军遵纪，如有人敢抢一粒米，敢动一株草，皆会被以军法处死。望君告知关内士民，万勿惊慌。”
吴三桂“感动”之余，忙与多尔衮盟誓，宰白马祭天杀马牛祭地，表示谁违约谁就不得好死（二人均不得好死）。
多尔衮仍不放心，又让吴三桂剃发。急上墙的生死危急关头，为得清军助力，吴三桂只得和手下几个高级军官立刻剃发、称臣。
明军四五万人来不及一时全剃发，多尔衮就让他们先在身上缠白布条作记号。白布不够，明兵们用裹脚布扯下当记号。由此，混战之中，清军见身上裹白布的汉人就知为“盟军”不杀。
于是，吴三桂下令开山海关门。清军几十年梦想，一朝成为现实，而且是兵不血刃，不费一兵一卒，由明兵自己打开了这百万雄军难以攻克的险关。
吴三桂自为前锋，英王阿济格居左，豫王多铎居右，多尔衮自己率主力殿后。
大战开始。
身经百战的李自成此时还不知道清军已经入关，他对吴三桂军力估计也不足，以为他只有数千精兵而已。所以，李自成在精神上很松懈，与崇祯帝的太子并骑于高岗之上，悠闲观战。
吴三桂哀兵，呐喊冲杀。农民军有“主上”亲征，个个当先。汉人们厮杀在一起，打得你死我活，不分胜负。
斗至中午时分，毕竟农民军一方实力占上风，吴三桂有些不支，已呈败相，明军被杀过半，勉强支撑。
关键时刻，清军号角声响起，两三万戴斗笠拖大辫的清军劲骑忽然呐喊着杀奔而来。
李自成骇然，吓得差点从马上掉下来，他当时的反应不是加紧指挥部队战斗，而是低喊了一声“鞑子来啦”，掉转马头就跑。
身经百战的农民军得胜在即，忽然看见装束奇特的清军纵马而来，嗷嗷乱叫，登时胆裂。又见“主上”跑了，大家皆失主心骨，立刻掉头也跑。
兵败如山倒。明军与清军合击，一路追杀，二三十里间，很快堆满了数万被杀的农民军尸体，据说暴骨三年后都收拾不净。
望着巍巍雄关和遍地的农民军尸体，高兴之余，多尔衮立刻封吴三桂为“平西王”。
李自成仅剩数千残卒，败退永平，为泄愤，他下令剐杀吴三桂他爸吴襄，把首级悬于高杆之上。小喘片刻，他急忙遁回北京。
即使在此大胜之际，吴三桂仍存复明之心，令人急速入京，告知北京官员士民准备迎接崇祯帝太子复位。多尔衮当然不干，事情不了了之。
北京官民对满清入关之事根本不知道，皆兴奋而忐忑地等待京城重回大明天下。
四十二天的“帝王梦”
四月二十三日，已有李自成败讯传回北京。刘宗敏等人慌忙令士兵搬运兵器上城墙，并拆毁所有靠城的民房以及佛寺。
农民军兵士纷纷相聚，不少人放声大哭。确实，温柔乡太短暂了，大祸即将临头。
四月二十六日这天，李自成率残兵遁回北京。此时，大军只剩几千骑兵，步兵全部在山海关及沿途被杀。这次败兵入城后，城内大顺兵皆知末日将至，完全丧失纪律，开始在北京城内烧杀奸掠，备极惨毒。特别是北京西城一带，受害最深，被奸污后投井自杀的妇女不可胜数。
吴三桂一家不必讲，李自成入城后，第一件事就是派人把他全家三十四口尽数剐杀，一个不剩。
转天一大早，李自成即在武英殿举行正式的“登基礼”，追尊自己老李家七代皆为帝后（估计他只记得上两代）。然后他头戴冠冕，受“百官”朝贺。（李自成先前在西安已经称帝，在进京路上一直称“朕”）。
为了便于逃跑，他草草结束典礼，然后派人在城外加紧准备，当夜把北京城内宫殿及九门城楼尽数焚毁。
然后，他以郊天为名，第二天一大早就匆忙离京，向西奔逃。逃之前，农民军把皇宫宫内金器和金锭皆融铸成大饼，每饼重千金，骡载数万饼，随军而走。
混乱逃亡途中，崇祯三个儿子均于乱中走散，但李自成始终未加害他们。
北京居民见农民军败走，个个振奋，在城内搜出脚慢未走的农民军或伤兵数千，尽数杀死。
李自成闻之，大怒，立遣数千铁骑往回奔，准备入城内遍屠居民后再把城内烧成白地。恰巧，一家被杀三十四口的吴三桂率部报仇心切，率军已经杀至城南，农民军士兵不敢撄锋，即刻掉转马头奔逃，北京由此躲过大劫。
自入城到离京，“大顺”政权仅存在了四十二天。
五月二日，多尔衮率清军抵至北京。士民大喜，以为是吴三桂拥太子而至，纷纷出城摆香案迎接。结果，看见一大群清军，大家惊愕异常，但最终不得不接受残酷的现实。
至于京内昔日的明官们，看见清兵反而大都松下一口气。何者，如果是吴三桂率明军回来，肯定会清算他们“降贼”的罪名。“大清”来了，就无此忧。所以，日后劝多尔衮南下消灭残明，出谋划策的数这帮人居多，纯属民族败类。
多尔衮当然吸收李自成的失败教训，四处张榜，表示说无论是谁，只要降顺大清，官复原职不说，还要加官晋爵，新有封赏。这一来前明官员大悦，个个弹冠相庆。
李自成自北京败逃。消息传出后，各地官民知道他大势已去，纷纷起来杀掉、赶走“大顺”在当地任命的官员，靠近北京的就归顺清朝，南方地区则大多打出恢复“大明”的旗号。
此时各地的李自成部队，仍旧有数十万之多。他本人率残兵一路经太原、平阳，返掠西安，把大部队留守于山西、河南一带抵御明清联军。
回西安途中，李自成由败生恨，狰狞面目顿显，大肆杀人，只要遇士民凭城拒守，攻克后立刻屠城，鸡犬不留。
回到西安后，李自成精神萎靡，没见出他有什么宏图大略，半年时间内基本没什么大动作。
清军步步逼近。他们先在山西招降了大同的姜环，然后用大炮轰毁太原坚城。先前降李自成的这位明朝总兵再降清朝，山西差不多皆为清军所有。但在河南方面，清军在怀庆被农民军打败，使得本来正要进取南京的主力清军不得不掉头回河南。此时，如果南明小朝廷趁机攻取山东、河北，日后会大有作为。
南明诸将和朝臣短视，想坐视“贼”“虏”互攻消耗，丧失了拓地发展的大好机会。
由于主力清军杀至河南，农民军很快在灵宝被打败，急忙回撤到潼关。
年底隆冬时分，清军源源不断向潼关外增兵。双方自十二月二十九日激战，打了十几天，互有胜负，在喊杀和血拼中度过了1645年的春节。
1645年正月十二日，守潼关的李自成部将马世耀献关投降。转天，他与七千名农民军均被集体屠杀。
困愁于西安的李自成闻讯灰心，西北看来是呆不住了，南逃有张献忠政权在四川堵着，只能再去河南、湖广。只要能消灭南明政权，自可拥有半壁河山。
临撤退时，他下令部将田见秀把西安城内所有建筑和仓库烧毁。幸亏这位田将军还算有人性，只点燃了东门楼和南月城楼，为西安百姓留下了御寒的房屋与粮食。
李自成撤退途中回望西安城中烟火