1644年初，皇太極已死。主持清國政局的多爾袞聽說李自成在西安建“大順”，立刻派人前去聯絡，提出要“並取中原，同享富貴”。李自成對此沒有做出反應。三月初，農民軍兵臨城下，吳三桂接詔棄寧遠，往山海關方向移動，清國上下大爲興奮，準備藉機南取中原。清國漢人“大學士”范文程連忙獻策：其一，可入邊直取北京;其二，昔日以明朝爲敵，此次入關後的敵人是農民軍;其三，明朝積弱，必定滅亡，一定要趁此百年不遇的機會佔領中原，特別是河北地區。多爾袞大爲贊同。他下令在國內徵兵，男丁七十以下，十二歲以上，必須從軍，可以說是傾國全力而來。同時，多爾袞還聽從范文程建議，嚴肅紀律，力誡兵將進入明朝國境後勿再象以前那樣只顧殺掠，要以安撫爲主。
松山敗後，由於極需人才，明廷並未嚴處敗逃的吳三桂，僅名義上降其三級使用，仍然派他固守寧遠。吳三桂很知報恩，整日訓練士卒，加強城防，把數千士兵擴展爲數萬人，器械一新。崇禎十六年(1643年)，他還率兵多次擊敗清軍的進攻，並多次拒絕其舅父祖大壽替清軍對他的“招降”，很想做明朝耿耿忠臣(當時他也不可能因舅而降，因爲其父吳襄在北京，且受崇禎帝信用)。吳三桂離開寧遠前，清軍已經佔領了中後所(今遼寧綏中)、中前所(今綏中前所)以及前屯衛。山海關之外，只有吳三桂孤軍奮戰，死守寧遠孤城。
明廷下詔，指示吳三桂棄寧遠回援京師，他當時確實聞命即上路。臨行前，吳三桂下令把寧遠城中的所有建築皆燒燬，以免資敵。但由於寧遠城內兵民相加共五十萬人，人多物多，全部遷徙入關非常費事。沓沓而行，一天只能走數十里，直到三月十六日才抵達山海關。吳三桂此時真很“仁義”，大有劉玄德當年之風。話說回來，他此舉也是“婦人之仁”，君父在京，岌岌可危，最要緊的是回援回京。但話又說回來，他幾萬人馬趕到北京，面對一百萬農民軍，也不一定是對手。
吳三桂安頓居民後，率部隊急馳入衛，三月二十日到抵豐潤，卻聽說農民軍已經在前一天攻破北京城。這時候，吳三桂平生第一次真正處於兩難地步：孤軍窮途，要不投降農民軍，要不投降滿清。思想鬥爭並不久，吳三桂就作出了抉擇：投降李自成。一來自己老父陷於北京，爲李自成扣押;二來大明已亡，新朝甫建，不失爲開國功臣。而且，與他同級的有兵有將有城的唐通、姜環等人都已經降附，他吳三桂投附，也算不甘人後，知天順命。
李自成當然注重山海關方面的吳三桂，入京後即派人持檄招撫，表示他歸大順後“不失封侯之位”。於是，吳三桂一路走向北京，一路大貼告示安民：“本鎮率所部朝見新王(李自成)，所過當秋毫無犯，士民不必驚恐。”北京城內的吳三桂父親吳襄爲全家性命打算，也“語重心長”親筆寫信來勸：汝以皇恩特簡，得專閫任，非真累戰功，歷年歲也，不過爲強敵在前，非有異恩激勸不足誘致英士，此管子所以行素賞之計，而漢高一見韓、彭，即予重任，蓋類此也。今爾徒飭軍容，選蠕觀望，使李兵長驅直入，既無批亢搗虛之謀，復乏形格勢禁之力。事機已去，天命難回，吾君已逝，爾文須臾。……我今爲爾計，不若反手銜璧，負鑕輿棺，及今早降，不失通侯之賞，而猶全孝子之名。萬一徒恃憤驕，全無節制，主客之勢既殊，衆寡之形不敵，頓甲堅城，一朝殲盡，使爾父無辜並受戮辱，身名俱喪。臣子均失，不亦大可痛哉!語云：‘知子者莫若父。’吾不能爲趙奢，而爾殆有疑於(趙)括也，故爲爾升。至囑，至囑!
行至半途，吳三桂得知了大順軍在北京拷打明朝官員追髒之事，不少暗中逃出的官員遮道哭訴，吳三桂大失所望。當他得知自己父親也被夾拷的消息，憤怒至極，決定不再入京，怕自入羅網後父子遭殺戮。後人總是渲染吳三桂愛妾陳圓圓(陳沅)被劉宗敏搶掠姦污之事是他叛李自成的主要原因，其實這只是次要原因。前明遺老和滿清文人日後爲了加重吳三桂“罪行”，故意拿他“衝冠一怒爲紅顏”說事，以此反襯他對明朝的不忠與對父親的不孝。
吳三桂與李自成撕破臉，自然要靠近背後咄咄逼人的滿清。但當時吳三桂不是即刻降清，而是以大明朝孤臣義士的身份，向滿清“借兵復仇”。吳三桂請清軍從喜峯口、密雲等處入邊，自己試圖仍舊掌握山海關險隘來牽制清軍。當時，多爾袞所領大部清軍的的確確不是往山海關方向走。他聽從洪承疇建議，怕李自成農民軍燒空搶光北京後西遁西安，正急行軍想從薊州、密雲等處進攻北京。接到吳三桂密信，多爾袞大喜過望，立刻改變主力部隊行軍路線，直奔山海關而來。同時，他寫信給吳三桂，許以“裂土封王”，要對方投降，而不是“借兵”。
吳三桂聽說農民軍大部來攻，心裏發慌，立刻回信要清兵速來助戰。四月二十一日，清軍前軍抵達山海關外，在歡喜嶺上結營，並與吳三桂進行了過程艱難的“談判”工作。不久，大軍接踵而至，清軍共十四萬人集結於關外。李自成聽說吳三桂與清軍搭上線，不敢怠慢，派出降將唐通與白廣恩先率騎兵趕至撫寧縣東南的一片石，而他自己則率主力佈陣於石河。此時，多爾袞及部下將領均心有疑惑，第一是怕吳三桂騙人，第二是清軍從未與李自成交過手，心中沒譜兒。於是，清軍先拿唐通一軍開練，首先在一片石打敗了這批爲數不多的前“官軍”與農民軍混和的部隊。一片石戰役，清軍雖勝，但無關山海關大局。惶急之下，四月二十二日清晨，吳三桂本人親自出關，馳奔歡喜嶺上，拜見多爾袞。
