皇太極在迫使朝鮮投降後，便決定一鼓作氣拿下皮島，徹底消除東江鎮的威脅。
不過，皮島的情況與江華島略有不同，因此清軍並不能指望以攻陷江華島的方式用小舟強渡海峽，所以，皇太極在調動了貝子碩、恭順王孔有德、懷順王耿仲明等部外，還強迫朝鮮抽調水師出戰。
朝鮮方面因為王世子李??被清軍掠走，充作人質，因此不敢違背皇太極的命令，便派平安兵使柳琳、義州府尹林慶業率軍5000協助清軍進攻皮島——傳說，朝鮮原打算通知皮島明軍，但唯恐事泄而引火燒身，所以君臣秘議幾次後還是取消了這個計劃，最後只能祈禱上天讓「兩國各自解歸」，但這種說法，無異于既當又當，實在可笑又可恨。
明朝的皮島守將是東江總兵沈世魁，他在得知皇太極入侵朝鮮的消息後，就「修築城台，廣設炮藥，收集兵船，以為固守計」。
在皮島守軍的頑強抵抗下，清軍久攻不下——孔有德部和耿仲明部在此戰中因為與皮島守軍千絲萬縷的關系，作戰十分敷衍，這要是清軍久攻不下的原因之一——于是當年三月八日，已經回到沈陽的皇太極便命令武英郡王阿濟格率兵千人入朝助攻，就這樣，阿濟格取代碩，成為了皮島之戰的主帥。
然而，阿濟格來了之後才發現，造成皮島之戰，久拖不決的原因有很多︰
第一，
東江鎮原本有12000多人，甭管這12000多人中，戰兵有多少，但絕不是兵力有限的清、朝聯軍所輕易能拿下的，更何況三月下旬的時候，崇禎帝派去援救朝鮮的沿海總兵陳洪範統又率領了8000名增援明軍抵達了皮島，因此島上總計有近20000人的兵力，清軍絕不是那麼容易能得手的。
第二，
除了島上明軍兵力雄厚外，明軍還配備了大量火器——且不說沈世魁之前的積累，光是援鮮明軍帶來皮島的，就有火藥32300斤、火罐360個、火箭900枝、起火400枝、火槍120桿、火瓶200個——在清軍紅衣火炮因為射程不足，無法攻擊到皮島的情況下，明軍在火力上也具有優勢。
第三，
皮島四面環海，清軍無法發揮鐵騎的特長，只能乘船浮海攻島，但在渡海過程中，清軍船只勢必全部暴露在明軍視線之下，島上明軍正可憑險施放火炮，從容射擊行進速度緩慢的木船；即便有少量清軍船只靠岸，守島明軍也不難從灘頭發動反擊，利用優勢兵力把少量清軍趕入海中。
第四，
守島明軍身處大海環抱的孤島，無路可退——島兵戰船數量有限，也不可能由海道退走——被圍之兵只能置之死地而後生，拼命抵抗，擺在清軍面前的無疑是一場惡戰。
所以就連明朝新任兵部尚書楊嗣昌也認為，陳洪範、沈世魁兩部「亟當分布要害，扼其入犯之路；果有渡海聲息，以主侍客，出奇待之，自可得志」。
阿濟格考慮再三，並與碩等會商以後，決定摒棄強攻的方式，而采取分兵兩路、一奇一正進行偷襲的作戰計劃。
其中，一路由八旗騎兵、烏真超哈、天佑兵、天助兵及朝鮮兵擔當，赫然列陣，大張聲勢，盡量吸引明軍的注意；另一路由八旗步兵擔當，暗中運動，乘坐小船，悄然渡海。
而為了確保偷襲能夠成功，清軍小心翼翼的選擇了傍晚時分（一更）發動攻擊。
四月六日，阿濟格致書皮島明軍守將勸降，明軍不報（沒有回應），但沿海總兵陳洪範、東江鎮副總兵白登庸等明將听到風聲後陸續離開皮島，只有東江鎮總兵沈世魁和隨陳洪範來援的萊州副總兵金日觀等還在島上堅守。
四月八日傍晚一更天的時候，清軍行動開始，其中，負責偷襲的一路以滿洲驍將鰲拜、準塔為前鋒，他們登島後，一面舉火為號，引導後繼諸軍，一面與守島明軍展開激烈廝殺。
由于明軍沒能在第一時間將鰲拜等人消滅，所以拖延至二更天的時候，白奇超哈（步軍營）章京薩穆什喀率後續八旗精銳也成功登上了皮島，並攻入了皮島西北隅的江高灣。
皮島西北爆發的激烈戰斗，驚動了全島的官兵，因此清軍另一路偷襲部隊遭到了明軍炮火的猛烈阻擊，導致該路清軍蒙受了不小的損失，但統帥該路清軍的哈達納喇•馬福塔不為傷亡所動，命令滿帆沖灘，最終利用風勢，強行登陸皮島。
一旦清軍上島，以明軍的戰力，是根本擋不住清軍的進攻的，因此盡管明軍據制高點頑強抵抗，導致清軍在局部戰斗受挫，但明軍很快就頹勢盡顯了。
此後，金日觀、楚繼功等將領等力戰殉國，沈世魁被耿仲明部下所擒——還有說法是，「沈總鎮尋船未竟，為島兵執獻與奴」——後押送至馬福塔前，不屈而死。
各路將領的犧牲，徹底讓明軍失去了指揮，戰敗也就不可避免了，不過，由于清軍上島後，對東江鎮軍民的屠殺，因此除了少數與孔有德、耿仲明相熟的明軍在得到孔、耿的安全保證後，投降清軍外，其余明朝軍民死戰不降，所以，皮島戰事並沒有如清軍預料的一般，得以迅速解決，這就給戰事的最終結局帶來了變數••••••
「那是什麼？」正在海上執行封鎖明軍小艇突圍任務的朝鮮軍艦上，一名瞭望哨突然指著遠處的帆影問道。「是我們的船嘛？」
得到通報的朝鮮平安道水兵營前哨哨官、朝鮮水軍萬戶李秀山立刻親自登上指揮塔眺望，但帆影隔得很遠，有些看不清楚，因此李秀山只能吩咐道︰「不要大驚小怪，也許是朝廷給我們派來的援軍。」
話雖如此，但李秀山還是有些不放心，所以便立刻通知了朝軍主帥平安兵使柳琳。
柳琳的警覺度並不比李秀山要高，因此，平安道水師營和黃海北道水師營並沒有做出特別的警戒，更沒有立刻將坐船移向淺海區域。
差不多過了一個時辰，沒有望遠鏡的朝鮮人這才用肉眼看清楚了對方的船型與朝鮮船只明顯有異，這才慌張起來••••••