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這次東江軍出兵，沈世魁是主帥，曲承恩、易承惠是副將。沈陽城洪武二十一年修築，周長四千五百多米，高將近八裡，外股有兩條護城河，寬九米多，深兩米五，四個城門。皇太極繼位以後，又重新修，計劃把城牆加高加厚，增修垛口、明樓、角樓，把原來的四個城門改成八個城門，城門外各自修建甕城和月城，並且加寬護城河。這個改建計劃工程浩大，還要一段時間才能全部完工。
目前隻是把城牆加高加厚，高近十一米，女牆也有兩米多，厚約五米半。另外東南城門改造完畢，堵上了原先的永寧門，左右兩邊增加了兩個門，南邊的內治門，北力的撫近門，兩個門外圍都修了甕城和月城兩重防護。甕城門洞上麵修了箭樓，月城門洞上麵修了匣樓。共有垛口六百五十一個，明樓八座，角樓四座。後金把沈陽當成京城經營，下了很大功夫增修。
攻擊這樣的堅城需要大量的攻城器械、火炮和弓箭。這次六萬東江軍潛入隱蔽行軍，攜帶的輜重和這些“重型攻城武器”不多，好在掃蕩沈陽周邊的屯堡莊園搜刮了不少東西，還找到許多工匠。這些工匠都是給後金製作防護步兵用的楯車，也會做攻城用的尖頭木驢、木牛、木幔、雲梯，以及讓步兵渡過護城河的折疊壕橋。
楯車是一塊大木板，包裹牛皮、鐵皮，可以抵擋弓箭、鳥銃、石塊的攻擊掩護步兵推進野戰，也可以掩護攻城兵抵進城牆。尖頭木驢是裝有兩輪的車，橫著一根大木頭，也用生牛皮包裹，可以掩護十個人逼近城下，挖地道或者拆城牆。木牛則是用堅實厚重的木板做成木屋，包裹厚牛皮，裝有四個輪子，同樣是藏人掩護攻城的。
自從後金占據遼東以後，關寧明軍不敢打野戰，主要就是守城，後金主要就是攻城，建虜就需要人製造這些攻城器械，因此屠殺大量遼民，唯獨保留了這些工匠逼他們製作攻城器械，如果製作得不好，就會被當成奸細殺掉，在這樣末日生存淘汰下，所以沈陽城外的工匠基本上都擅長做攻城器械和兵器。
建虜占領沈陽以後，城裡住的大部分都是建虜貴族和後金官兵和少量漢人奴仆和高級漢奸，其他漢人不是被殺就是趕到城外，其中就包括這些漢人工匠，正好和遼民一些被掃蕩城外的東江軍搜羅了起來，正好讓他們和東江軍的工匠兵一起大量製作攻城器械。
兩天時間裡趕製出兩百多輛楯車，加上之前在沈陽城外各莊堡搜刮的物資中也有兩百多輛，一共有了四百多輛楯車，還有同等數量的木驢、木牛和雲梯。正好是冬天，護城河已經結冰，過河用的壕橋倒是不用建造了。
前兩天器械不多，還是圍而不打。第三天器械準備地差不多了，沈世魁下令開始攻城，派出一萬人同時從四麵齊攻，距離還遠時，城上韃兵發射火炮攻擊，隻是精度和射速都不高，造成的傷亡不大。過了護城河，城上開始放箭，東江兵損失變大。等到了城牆腳下，滾木檑石金汁就砸了下來，傷亡大增。還下來一些巨石，連不少楯車、木驢和木牛都被壓碎。
士兵豎起雲梯登城，不是被撞杆把雲梯推倒，就是有些雲梯沒被推倒，正在登城的士兵被冷水淋澆凍僵摔了下來，少數登上城牆的士兵也被圍攻寡不敵眾被殺死。攻了兩個小時多，沈世魁見傷亡巨大，戰果很小，就下令停止攻擊，撤了回來。
半夜又攻了一次，城裡的韃兵也早就已經作好準備，每個垛口都有六個人值守，兩個人警戒四個小時，兩小時輪換一次。不同的將領分管一段城牆，用傳遞令箭的辦法防止有人瞌睡，還時不時從城牆上懸掛下士兵到城牆下查看動靜，防止東江兵乘夜色潛到城牆腳下做手腳，稱得上嚴防死守，無懈可擊。
兩次攻城造成了兩千多傷亡，沈世魁、易承惠和曲承恩經過商量，都覺得繼續攻城徒勞無益，隻會白白增加傷亡。至少要等到裡麵的士兵疲勞懈怠了以後再攻擊，第四天白天又是圍而不攻。接下來卻是造成了此戰中第一次中了後金的奸計。
到了晚上，沈陽城裡東北方向，忽然火光衝天，傳來了廝殺聲，曲承恩帶著一千親軍，趕到東北麵距離城牆百步外偵察，裡麵火光和濃煙更大，似乎有了在放火燒屋，還有兵器碰撞聲和人被殺的慘叫聲。遊擊曲承恩提出肯定是沈陽城裡發生變亂內訌，正是大好機會，願意帶一萬兵衝殺進去，裡應外圍可以大功告成。
這時從沈陽城外衝出幾個人，一個空手和一個拿著長刀，臉上還有煙熏焦黑痕跡，兩人左臂上都綁著一塊白布。那個空手的人自稱吳興，是個木匠，在軍營裡做奴工，說守城東的韃兵很多是原來葉赫部和魚皮部落的，和建虜都有血仇。
現在趁著東江大軍壓境，圍城沈陽，趁機聯絡兩千士兵和城裡的漢人奴隸，在今晚起義，已經攻占了東北撫近門外的甕城和月城，正在和附近的建虜士兵廝殺。建議派大軍入城接應，控製住撫近門，可以放大軍進城攻克沈陽，左臂綁著白布的就是起義的城中軍民。要是等城裡其他各方建虜來援，奪回撫近門就錯失了良機。
劉有功聽到消息，馬上提出願意領兵接應，打開撫近門。當下招呼願意一起立功的士兵，有很多東江兵和新加入的遼民大聲響應，曲承恩略一猶豫，讓劉有功帶四千兵衝進去試探。卻扣下了來報信的吳興和另一個韃兵。劉有功帶著1000親兵和自己手下3000精銳先衝殺了進去，曲承恩另外派千總楊誌羔帶一千人跟在劉有功軍後，不過隻推進到匣樓門洞停止觀察，又交代他們推了三輛板車，交代了幾句。
在城南矮山上的坐鎮指揮的沈世魁看著城裡東北方向的火光濃煙和喊殺聲，略一思索就下令城南城西方向士兵發起攻城。如果後金製造的假相，想把東江兵吸引到東北方向重兵圍攻，那就反其道而行之，攻擊城裡兵力薄弱的部分，如果真是城中軍民起義，也可以減輕他們的壓力，無論是哪種情況，從其他方向牽製建虜兵力總是有作用的。上百輛楯車、木牛、木驢、雲梯逼近城牆開始攻城，城上又用火炮、滾木檑石和金汁冰水招呼。
劉有功帶兵進入城中，被手臂纏著白布的韃兵迎了進去，果然見兩批人正在拚殺，地上已經躺下了一些屍體。經過匣樓門洞後，一大堆碎石磚塊傾泄而下，在匣樓門洞前麵堆起了一人多高的亂石堆把洞口堵住，足夠短時間裡阻止人通過，緊接著匣樓的匣門也緩緩落下，把東江軍封在甕城裡。
原來正在拚殺的兩批後金兵也都停止了表演，地上的假屍體也都站了起來，朝被封在甕城裡的東江軍射箭，還抬出十幾門早就準備好的翼虎炮轟擊，除了刀牌手有盾牌可以抵擋以外，其他東江兵都死傷慘重，留在匣樓外的楊誌羔帶著的一千人也挨了一通滾木檑石金汁死傷不少。
幸虧楊誌羔的一千人帶著三輛板車上帶著的三個鋼輪發火櫃，就是戚繼光發明的踏發式地雷擊發裝置“自犯鋼輪火”，也可以來用擊發其他的火器，朝廷支援東江鎮的物資就帶過來一批，這次東江軍也隨軍攜帶，之前圍城兩天也讓工匠又製作了一批加強版，櫃身加大，裝火藥加倍，一拉繩子轉動鋼輪摩擦燧石發火點爆了三大櫃火藥炸開了匣門，剩下的東江軍趕緊撤離。
不甘心的後金兵在代善第五子巴喇馬統率下帶騎兵追擊，劉有功帶一千人斷後，這一千人都是以前在遼東用木棒和後金兵拚殺過，又深入遼東用過換命打法的，現在雖然訓練不足，不過已經換成了最精良的兵器，都毫無懼意死拚，用四百多條命拚掉了後金兩百多人。
巴喇馬本來就擔心重蹈哥哥瓦拉達中計戰死的覆轍不敢前衝，隻在後麵壓陣，看一隊東江兵突然轉身拚命更疑心是誘敵之計，後麵有大軍等著合圍，遲疑著沒有敢全力追擊，距城三裡的曲承恩看到這種情況派都司毛有智帶五千兵力過來接應，巴喇馬黑夜中隻見有一大批東江軍衝過來，看不清有多少人，怕被攻進城門，隻能下令撤回城中，黑夜中城牆上的炮火弓箭也難有準頭，劉有功所率兵力總算脫險。
曲承恩一清點人數，劉有功帶領的四千人隻剩下一千五百多人，損失兩千四百多人，楊誌羔所帶的一千人也傷亡了一百多人，合計損失了兩千五百多人，報假信的吳興和那個韃子被押了過來，早就已經被打得鼻青臉腫，曲承恩審問他為什麼要幫助韃子欺騙坑害一樣是遼民出身的東江軍？吳興隻是承認自己豬狗不如，罪惡滔天，隻求給他一個痛快。
楊誌羔又問吳興他幫著韃子，自己能活命倒也算回事，可是幫韃子坑害東江兵不惜送到自己的性命，這又是為什麼？吳興說他做了昧良心的事情，知道自己活不成了，讓曲承恩殺了他就是。毛有智生氣忍不住上去抽了他一耳朵，問知道是味良心的事情為什麼還要做？
楊誌羔猜測他可以是家人被韃子要挾，吳興承認自己罪惡滔天，也不求原諒，隻求攻破城池以後不要為難他的家人。曲承恩問他真是為了家人才幫韃子做事的？吳興承認，說韃子要挾如果吳興不乾，或者乾了但是東江官兵沒有上當，就要把他一家老小妻兒全部殺光，他這才答應了。毛有智一腳踢翻吳興，責罵他不忍一家老小送了性命，就忍心送掉東江兩千多士兵的性命？韃子已經殺了多少遼人全家，就吳興家要緊嗎？吳興伏在地上發抖，說不出話了。
毛有智建議把這兩個家夥千刀萬剮，告慰東江戰死的士兵。其他人紛紛附和呼應。曲承恩拍板把那個韃子砍了，留下吳興。等破城之後，找到吳興家人，全家處死。韃子狠，所以他們甘願為韃子辦事，他們就學學韃子，看看以後還有誰再為韃子來坑害明軍。
吳興痛哭流涕地哀求讓他一人做事一人當，把他千刀萬剮就是了，千萬不要牽連他的家人。曲承恩不耐煩一腳踢開來，說對他們這些為虎作悵的漢奸寬仁沒用，寬仁他們就幫著建虜坑害明軍，坑害其他無辜，隻能以牙還牙。誰敢再幫韃子，利用漢人身份騙取信任來坑殺明軍，就殺全家。毛有智聽了以後也歡喜讚同，說就應該這樣，就是按大明律，謀反助逆也該株連。當年薩爾滸之戰，東路軍劉綎也是因為聽信了被韃子俘虜的西路兵謊報軍情才上了當。
劉綎軍不僅被朝鮮軍泄露了軍情進了後金的埋伏陷阱，後金還派了一個被俘虜的西路軍士兵，也是以他兄弟為要挾謊報軍情，欺騙劉綎卸下了盔甲，撤去了防備。金庸《袁崇煥評傳》推測是劉綎喜歡看《三國演義》學許禇戰馬超赤縛上陣，否則即便局勢不利，以劉綎戰力也能給後金多放點血，未必有後來屠殺遼東的凶殘了。