发生在崇祯十七年(1644年)四月的山海关之役，可以说是李自成建立的农民政权从胜利走向衰亡的转折点，同时也是清朝定鼎中原的决定性一战。山海关一战双方都投入了众多兵力，据考证清军共有13万精锐对战李自成军20万，最终结果是李自成农民军惨败，被迫撤离北京后辗转山西、陕西等地，起义军力量遭到削弱，其后李自成也在混乱中被杀。从崇祯十七年(1644年)三月十九日李自成在北京建立大顺政权，到这一年的四月二十六日率部仓皇逃离北京，短短四十余天为何会经历如此翻天覆地的变化呢?这就不得不提到一个关键性人物——吴三桂。
明朝灭亡后，旧将吴三桂仍率领三万重兵镇守山海关要塞，崇祯十七年明廷因寄希望于吴三桂救援京师，于是这年的三月封吴三桂为平西伯，并升任其父吴襄为提督京营。没想到的是，吴三桂在带兵进京的途中却得知明朝覆亡的消息，因此带兵重回山海关。当时李自成军刚入京城建立农民政权，为了巩固政权，于是对吴三桂采取了招抚策略，李自成曾派唐通带着40000两白银前往犒师，但吴三桂并不领情。此后吴三桂与李自成军发生了冲突，双方一度交战。早前清军就对吴三桂就动了招降的心思，曾多次派明降将祖可法前去招降吴三桂，但吴三桂仍举棋不定。吴三桂与李自成军交战后，担心山海关迟早不保，于是派人秘密联系多尔衮，希望向后者借兵对付李自成，并表示愿意归附。双方达成协商后，多尔衮派军与吴三桂军队李自成军形成了“首尾夹攻”之势，四月二十二日，清军正式加入战斗。此时吴三桂与李自成军已交战了一段时间，双方均损失惨重，清军以逸击劳，最终大败李自成军，取得了山海关战役大捷。
山海关一战，清军胜而李自成军败，吴三桂最终倒向清军固然是重要原因，但更深远的原因还在于李自成政权自身的腐化与不堪一击。李自成的农民军进入京城后，不仅没有稳定民心，巩固统治基础，反而四处掠夺钱财，引起普通民众纷纷不满。农民军没有严明的纪律，他们入城后贪于享乐，不仅军心涣散，战斗力减弱，而且出现了畏战的心理。与此同时，清军在松锦决战后，搬师回沈阳修整的同时招降了不少明将，为攻打京城作了充足的准备。本来吴三桂在与哪边合作的问题上一直举棋不定，李自成并没有看到山海关一线防御的重要性，在招降吴三桂不成后便与之交战，导致吴三桂转而降清，反过来对付李自成军。
郭沫若曾在《甲申三百年祭》中认为山海关一战李自成军失败的原因在于上层的腐败堕落，他列举了大量史料说明大顺军日夜搜刮金银、沉迷于嬉戏淫乐中，因而对当时全国的局势没有充分的了解，也没有预先制定措施预防清军的入关，同时对十几万清军兼程入关毫无防备，最终贻误了战机。可以说，李自成农民军在山海关战役中的惨败是注定的而不可避免。