驻守山海关的清军残部，见主帅逃亡，洪水肆虐，军心彻底溃散，谭泰见大势已去，率剩余守军开城投降，大明军旗顺利插上山海关城楼，这座天下第一关，终复归汉家所有。

孙兰入驻山海关，安抚降兵，整顿军纪，救治伤卒，随即传令大军休整三日，待水势退去，即刻北上追击多尔衮，直捣盛京。可此时探马来报，蒙古察哈尔部虽与李过结盟，却迟迟不肯出兵，坐观成败；朝鲜王国更是暗中派遣使者，向多尔衮输送粮草军械，助其对抗明军；多尔衮逃至盛京后，又收拢关外满兵两万，死守盛京，凭辽河天险抵御明军。

诸葛牛进言：“大将军，蒙古、朝鲜首鼠两端，若不先收服，我军北伐必受牵制。不如遣使前往察哈尔部，许以厚利，促其出兵夹击盛京；再传檄朝鲜，斥责其暗通胡虏，令其断绝与清军往来，否则待平定辽东，必兴师问罪。”孙兰依计而行，遣使者分赴蒙古、朝鲜，晓以利害。

三日之后，孙兰留五千兵马驻守山海关，亲率七万大军，携郑成功、韩破虏，渡辽河北上，李过率部留守后方，保障粮道。大军行至辽河岸边，对岸清军早已列阵，多尔衮亲登盛京城楼，督战死守，辽河水面宽阔，清军战船密布，严防明军渡河。

孙兰立于河边，观察地形，见上游水流平缓，遂令郑成功率水师佯攻正面，吸引清军注意力，自己则率主力，趁夜于上游浅滩处搭建浮桥，悄悄渡河。夜半时分，明军主力悄然渡过辽河，绕至盛京西侧，天未亮便发起突袭，直扑清军大营。

清军睡梦之中，突遭袭击，毫无防备，大营瞬间被攻破，死伤无数。多尔衮在盛京宫中听闻明军已渡辽河，攻至城下，大惊失色，急令关闭城门，死守城池。明军将盛京团团围住，日夜猛攻，火铳、火炮轮番轰击，盛京城墙多处崩塌，清军伤亡惨重，粮草耗尽，城中满兵人心惶惶。

此时，蒙古察哈尔部见明军势如破竹，盛京旦夕可破，终于下定决心，出兵两万，抵达盛京城下，配合明军攻城；朝鲜使者见清军大势已去，连忙献上降书，断绝与满清一切往来，承诺年年向大明朝贡，永不叛离。

多尔衮在城楼上，见明军与蒙古军联手攻城，城中守军寥寥，外援尽绝，知盛京已守不住，欲再次自刎，却被亲兵夺下兵刃。谭泰泣道：“摄政王，关外已无立足之地，不如率残余族人，往漠北逃窜，暂避锋芒，以图后计！”多尔衮望着城外漫天大明旌旗，长叹一声，泪如雨下：“太祖、太宗创下的基业，竟毁于我手，我有何面目去见列祖列宗！”无奈之下，只得率数百亲卫，趁夜色从盛京北门突围，往漠北逃去。

盛京守军见主帅逃亡，纷纷弃械投降，明军顺利攻入盛京，孙兰下令，严禁士卒劫掠百姓，安抚城中满汉民众，凡愿归顺大明者，一律善待，不愿归顺者，可自行迁往漠北，绝不强求。

明军入城后，查抄满清皇宫，缴获金银粮草无数，尽数收缴充公，又寻得皇太极、多尔衮历年搜刮的中原珍宝、百姓田契，悉数登记在册，待日后归还中原百姓。孙兰亲登盛京城楼，将大明“明”字大旗，插于白山黑水之间，迎风招展，猎猎作响，辽东百姓奔走相告，皆言汉家江山，终复故土。

捷报传至北京，朱慈炯龙颜大悦，下旨嘉奖北伐将士，封孙兰为镇国忠武王，赏良田千顷，金银万两；郑成功晋封延平忠勇王，兼领水师大都督；李过晋封顺国靖远王；韩破虏晋封靖北忠勇公，其余众将，皆论功行赏，阵亡将士，厚加抚恤，家属世代享禄。