蒙古军队抵达昌黎城下后，并未立即攻城，而是先派数十名骑兵至城下招降。
为首的蒙古将领高声喊道：“尔等速速开城投降，大汗已许诺保全尔等性命；若执意抵抗，城破之日，鸡犬不留！”
左应选站在城头，怒声回应：“吾乃大明县令，守土有责，岂会向胡虏投降！尔等趁早退兵，否则休怪城头火炮无情！”
招降不成，蒙古军队便从东北面发起猛攻。他们架设七十余架云梯，士兵手持弯刀，嗷嗷叫着向上攀爬。
左应选早已组织乡兵与城内守军做好准备，下令“凡能推倒云梯者，赏白银五两；能斩杀敌军者，赏白银十两”。
城上的守军与乡兵奋勇抵抗，有的用长杆推倒云梯，有的用滚木礌石砸击敌军，有的则用鸟铳射击攀爬的蒙古士兵。
蒙古军队虽人数众多，却在明军的顽强抵抗下屡屡受挫，首次攻城以失败告终。
皇太极得知蒙古军队久攻不克，又派达尔哈、喀克笃礼、顾三台、雍舜四位将领，率领一千名八旗兵驰援昌黎，合力攻城。
初十，后金与蒙古联军转攻东面城墙，排列云梯三十余架，轮番冲锋，却仍被左应选率领的守军击退；
十一日，联军又转攻西面城墙，云梯增至四十余架，甚至动用了小型火炮轰击城墙。
但昌黎城墙虽不高大，却异常坚固，加之守军防守严密，联军始终无法突破。
十二日，皇太极见昌黎久攻不下，索性放弃对抚宁的进攻，将抚宁的云梯、盾牌等攻城器械全部调至昌黎，亲自指挥攻城。
他下令将军队分为三路：八旗军右翼四旗攻南面，左翼四旗攻东面，蒙古仆从军攻北面，企图以“三面合围”的战术攻破昌黎。
攻城开始后，后金军队先用火箭、火炮轰击城头，压制守军火力，随后大批士兵手持盾牌，推着云梯冲向城墙。
城上的左应选临危不乱，一面指挥士兵用火炮、鸟铳反击，一面组织乡兵搬运滚木礌石，甚至将煮沸的热油从城头浇下。
热油溅到后金士兵身上，顿时引发惨叫，攻城阵型大乱。
明军还趁机纵火焚烧云梯，火光冲天，浓烟滚滚，许多后金士兵被活活烧死。
后金军队见强攻无效，又试图以盾牌掩护，逼近城墙凿墙破城。
但由于仓促赶来，未携带锹、钩等凿墙工具，只能用刀剑劈砍城墙，效果甚微。
战斗从黎明持续至午后，后金军队损失惨重，却始终未能登上城头。
皇太极恼羞成怒，派使者再次劝降，左应选怒斩来使，将其首级悬挂在城头，以示抵抗到底的决心。
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