就在黃臺吉同其他女真親貴召開軍事會議調整對遵化城的作戰計劃時，莽古爾泰正端坐在三屯營西面八百步遠的一處小山丘上，觀望著兩白旗列隊從北、西兩面攻城。

莽古爾泰抵達了三屯營前線后，便從貝勒阿巴泰手中拿過了軍隊的指揮權，他并不知道黃臺吉正召集女真親貴商議作戰事宜，因此一心想要早點攻下三屯營，又或是早點證明無法攻下三屯營，然后盡快返回遵化去，同代善一起商議怎么撤兵的事宜。

圍攻三屯營的左翼四旗除了鑲黃旗在中路軍后，剩下的便是正藍旗、鑲白旗、正白旗三旗。作為正藍旗旗主，莽古爾泰可不會在意兩白旗攻城會死傷多少人。

在他的布置下，兩白旗就成了攻城的主力。三屯營城高3丈，周長7里，城上建有5座角樓和9座敵樓，兩處水關東西相向，城**建有鐘鼓樓，據說有72條胡同。擴城河、草料場、演武廳和閱武場，這些軍事設施三屯營一應俱全。

位于灤河南岸的三屯營城，實際上要比遵化城大了五分之一，但是城內的守軍加上百姓卻還不到萬人。這座薊州鎮的鎮府所在地，原本是薊州三協根本之地。

不過因為遵化城的快速發展，加上崇禎登基后對薊州鎮的整編，薊州三協從天啟六年12萬余額兵縮編到了6萬7千余人，三屯營的駐守兵力也從名冊上的七、八千人，變成了三千余人。

后金繞道入關，三屯營駐軍副總兵朱來前往支援長城各關口，使得三屯營城內的駐軍減少到了一千余人。而之后朱來棄軍而逃，他所帶領的3千人馬逃的也只剩下了七、八百人返回了三屯營。

趙率教聽到了這個消息之后，便讓手下的副總兵劉元帶著300人接應羅文峪撤退下來的軍民前往三屯營，然后主持三屯營的防務。

劉元雖然在路上接到了羅文峪守備李思禮撤下來的人馬，但是他們在半路上卻遇到了后金左路軍楊古利所帶領的前哨。劉元帶著本部300人善后，被楊古利所射傷，最后被部下拼命搶了回來。

對于作為薊州軍事重鎮，三屯營城的格局一早就被黃臺吉派出的密探所摸清了。莽古爾泰手中就有三屯營的草圖，他知道三屯營城內還有一座類似于內城的鎮府。即便是外城陷落了，明軍還能依靠鎮府堅守下去。

對于三屯營這樣的堅城，莽古爾泰并不以為可以輕易攻下。倒是可以借著明軍這座堅城消耗下兩白旗的力量。如果兩白旗扛不住攻城的人命消耗，自然就多了一個撤兵的理由，還能順便破壞黃臺吉和兩白旗之間的關系。

進攻三屯營的兵力大約五千余人，主要還是兩白旗的兵力。莽古爾泰抵達三屯營前線后，下令北面、西面兩處同時投入重兵進攻，再無之前兩日謹慎持重的用兵態度了。這一天從早上開始奮戰到下午，正白旗小卒薩木哈圖率先登上了西城墻，堅守了三日的三屯營外城隨即被破。

本就負傷的劉元在帶人試圖奪回失守的西城墻時，被薩木哈圖所射死。劉元一死，原本還在作戰的明軍終于開始逃亡了。奪下了西城墻的后金軍打開了西城門，三屯營隨即淪陷。躲進鎮府內的明軍，在羅文峪守備李思禮的率領下，最終向莽古爾泰投降。

這場攻城戰的迅速勝利，就連莽古爾泰也深感意外。他沒想到，看起來堅固無比的三屯營城，居然連一天都撐不住。當然，兩白旗為此還是付出了不少傷亡，大約300多人完全失去了戰斗力。

不過攻下三屯營的收獲，卻足以彌補兩白旗的損失，除了城內投降的千余明軍，還有將近四千戶的軍屬外。城內各倉庫內儲備的各種軍需物資，足以讓后金這次出征的人馬維持到明年開春了。

最為重要的是，后金軍還從三屯營內繳獲了二、三十具佛郎機炮，和數千斤的火藥和炮彈。有了這些火器，似乎倒是可以試著攻打一番遵化城了。雖然這個結局有些讓莽古爾泰失望，但他終于沒有忘記自己的身份，還是把這些火器收集起來運回了遵化。

三屯營和遵化之間的鐵路，原本是用來運輸三屯營附近開發出來的鐵礦的，被后金發現了這條鐵路的用途之后，倒是成了后金軍隊用來運輸三屯營軍需物資的通道。

十一月七日中午，莽古爾泰帶著左路軍主力返回了遵化城，三屯營失陷的消息也被黃臺吉立即派人傳播了出去，他還再次向遵化城守將趙率教提出投降的建議。