这次东江军出兵，沈世魁是主帅，曲承恩、易承惠是副将。沈阳城洪武二十一年修筑，周长四千五百多米，高将近八里，外股有两条护城河，宽九米多，深两米五，四个城门。皇太极继位以后，又重新修，计划把城墙加高加厚，增修垛口、明楼、角楼，把原来的四个城门改成八个城门，城门外各自修建瓮城和月城，并且加宽护城河。这个改建计划工程浩大，还要一段时间才能全部完工。
目前只是把城墙加高加厚，高近十一米，女墙也有两米多，厚约五米半。另外东南城门改造完毕，堵上了原先的永宁门，左右两边增加了两个门，南边的内治门，北力的抚近门，两个门外围都修了瓮城和月城两重防护。瓮城门洞上面修了箭楼，月城门洞上面修了匣楼。共有垛口六百五十一个，明楼八座，角楼四座。后金把沈阳当成京城经营，下了很大功夫增修。
攻击这样的坚城需要大量的攻城器械、火炮和弓箭。这次六万东江军潜入隐蔽行军，携带的辎重和这些“重型攻城武器”不多，好在扫荡沈阳周边的屯堡庄园搜刮了不少东西，还找到许多工匠。这些工匠都是给后金制作防护步兵用的楯车，也会做攻城用的尖头木驴、木牛、木幔、云梯，以及让步兵渡过护城河的折叠壕桥。
楯车是一块大木板，包裹牛皮、铁皮，可以抵挡弓箭、鸟铳、石块的攻击掩护步兵推进野战，也可以掩护攻城兵抵进城墙。尖头木驴是装有两轮的车，横着一根大木头，也用生牛皮包裹，可以掩护十个人逼近城下，挖地道或者拆城墙。木牛则是用坚实厚重的木板做成木屋，包裹厚牛皮，装有四个轮子，同样是藏人掩护攻城的。
自从后金占据辽东以后，关宁明军不敢打野战，主要就是守城，后金主要就是攻城，建虏就需要人制造这些攻城器械，因此屠杀大量辽民，唯独保留了这些工匠逼他们制作攻城器械，如果制作得不好，就会被当成奸细杀掉，在这样末日生存淘汰下，所以沈阳城外的工匠基本上都擅长做攻城器械和兵器。
建虏占领沈阳以后，城里住的大部分都是建虏贵族和后金官兵和少量汉人奴仆和高级汉奸，其他汉人不是被杀就是赶到城外，其中就包括这些汉人工匠，正好和辽民一些被扫荡城外的东江军搜罗了起来，正好让他们和东江军的工匠兵一起大量制作攻城器械。
两天时间里赶制出两百多辆楯车，加上之前在沈阳城外各庄堡搜刮的物资中也有两百多辆，一共有了四百多辆楯车，还有同等数量的木驴、木牛和云梯。正好是冬天，护城河已经结冰，过河用的壕桥倒是不用建造了。
前两天器械不多，还是围而不打。第三天器械准备地差不多了，沈世魁下令开始攻城，派出一万人同时从四面齐攻，距离还远时，城上鞑兵发射火炮攻击，只是精度和射速都不高，造成的伤亡不大。过了护城河，城上开始放箭，东江兵损失变大。等到了城墙脚下，滚木檑石金汁就砸了下来，伤亡大增。还下来一些巨石，连不少楯车、木驴和木牛都被压碎。
士兵竖起云梯登城，不是被撞杆把云梯推倒，就是有些云梯没被推倒，正在登城的士兵被冷水淋浇冻僵摔了下来，少数登上城墙的士兵也被围攻寡不敌众被杀死。攻了两个小时多，沈世魁见伤亡巨大，战果很小，就下令停止攻击，撤了回来。
半夜又攻了一次，城里的鞑兵也早就已经作好准备，每个垛口都有六个人值守，两个人警戒四个小时，两小时轮换一次。不同的将领分管一段城墙，用传递令箭的办法防止有人瞌睡，还时不时从城墙上悬挂下士兵到城墙下查看动静，防止东江兵乘夜色潜到城墙脚下做手脚，称得上严防死守，无懈可击。
两次攻城造成了两千多伤亡，沈世魁、易承惠和曲承恩经过商量，都觉得继续攻城徒劳无益，只会白白增加伤亡。至少要等到里面的士兵疲劳懈怠了以后再攻击，第四天白天又是围而不攻。接下来却是造成了此战中第一次中了后金的奸计。
到了晚上，沈阳城里东北方向，忽然火光冲天，传来了厮杀声，曲承恩带着一千亲军，赶到东北面距离城墙百步外侦察，里面火光和浓烟更大，似乎有了在放火烧屋，还有兵器碰撞声和人被杀的惨叫声。游击曲承恩提出肯定是沈阳城里发生变乱内讧，正是大好机会，愿意带一万兵冲杀进去，里应外围可以大功告成。
这时从沈阳城外冲出几个人，一个空手和一个拿着长刀，脸上还有烟熏焦黑痕迹，两人左臂上都绑着一块白布。那个空手的人自称吴兴，是个木匠，在军营里做奴工，说守城东的鞑兵很多是原来叶赫部和鱼皮部落的，和建虏都有血仇。
现在趁着东江大军压境，围城沈阳，趁机联络两千士兵和城里的汉人奴隶，在今晚起义，已经攻占了东北抚近门外的瓮城和月城，正在和附近的建虏士兵厮杀。建议派大军入城接应，控制住抚近门，可以放大军进城攻克沈阳，左臂绑着白布的就是起义的城中军民。要是等城里其他各方建虏来援，夺回抚近门就错失了良机。
刘有功听到消息，马上提出愿意领兵接应，打开抚近门。当下招呼愿意一起立功的士兵，有很多东江兵和新加入的辽民大声响应，曲承恩略一犹豫，让刘有功带四千兵冲进去试探。却扣下了来报信的吴兴和另一个鞑兵。刘有功带着1000亲兵和自己手下3000精锐先冲杀了进去，曲承恩另外派千总杨志羔带一千人跟在刘有功军后，不过只推进到匣楼门洞停止观察，又交代他们推了三辆板车，交代了几句。