随着开原骑兵营的加入，辽镇夜不收渐渐不能对抗，被逼向广宁退走。
西平堡是辽西最重要的墩堡之一，西平堡被攻克，周围各墩堡辽镇守军相继投降。
刘招孙马不停蹄，继续向西继续向西进攻，很快逼近广宁。
广宁总兵祖大弼在听闻三弟全部被杀后，对开原军又恨又怕，眼见得刘招孙率数十万人马西进，朝自己这边逼近，他连忙派人查缺补漏，修葺城墙，巩固城防。在祖大弼的努力下，广宁南北两部边墙增高至四丈，用方砖墁顶二层筑完，里口渐次加垛。与之前相比，明显坚固了很多。
由于沈阳沦陷太快，留给祖大弼的工期实在太短，他不得不紧急动用广宁周边民夫数万人，役使百姓日夜劳作，动辄皮鞭相加，一时之间，辽民怨言四起。
此外，又派家丁在广宁附近要冲黄土岭、一线天等处埋设地雷，摆营架炮。从宁远、山海关运来的十五门红夷大炮提前抵达广宁。
在防御布置上，祖大弼与部下将官发生严重分歧。
广宁游击孙得功、参将江朝栋等人建议集中兵力于城内，实行坚壁清野的策略。将城外兵马及防御器具全部撤入城中，将红夷大炮搬到呈上，分置于城墙四面，架设主城之上，凭高轰击开原军。
而祖大弼将坚持明军惯用的城外设营，与城墙互为犄角，将火炮放置于城外。
孙得功被主帅叱骂为胆怯畏敌，当众被羞辱。
面对如此重重设险，祖大弼犹嫌不足，觉得未必能挡得住开原军。
和三弟祖大乐狂暴不同，祖大弼性情谨慎，遇事瞻前顾后，直到开原军哨马渡过三岔河，广宁守战仍未决定。
二月一日，平辽侯师次东昌堡，二日，主力兵渡三岔河。
开原军人数众多，布兵于旷野。
史载“南至海岸，北越广宁大陆，前后如流，首尾不见，旌旗剑戟如林。”
二月二日，开原军围攻广宁，近卫第二军、第三军从东、南、北三门发动强攻。
三日，在刘兴祚等人内应下，广宁城中四面火起，军中火药库被细作点燃。
眼见败局已定，守将孙得功准备生擒祖大弼，连同广宁城一并献给平辽侯。
祖大弼在参将江朝栋的帮助下，仓皇夺门而出。孙得公率残部投降开原军，开原军以伤亡三百外番代价，占领广宁城。