不如就趁着关宁军的这个计划，抽调五千人过去汇合关宁两万军队，集中兵力攻打牛庄驿，要是能歼灭阿敏的七千五百人，即便没有攻下沈阳，这次军事行动也有了不少战果。而且代善知道麦子山只留下五千人，就有可能沉不住气，更有利于引诱沈阳城兵力出击。埋伏在辉山两万人趁机出击，攻破沈阳城的机会也能大增。
沈世魁提出了自己的想法，决定自己与都司何友直、毛有寿留下牵制引诱沈阳城里的鞑军，派手下游击杨怀佐和都司毛有成带五千兵跟随曹文诏去，和关宁军配合攻打牛庄。杨怀佐坚持这么安排不行，留在麦子山的五千人作为诱饵太危险了，沈世魁是这次东江军主帅，万一主帅有闪失，对全军士气肯定造成巨大打击。战果再大，也有巨大遗憾，反而助长建虏气焰。确保主帅安全不是维护沈世魁个人，是打击建虏的需要。杨怀佐表示他留下承担引诱沈阳建虏军出击的任务。
沈世魁思索后同意了杨怀佐的要求，曹文诏见东江军将领主动争取执行危险任务，也相当感动，而且对沈世魁制定的引诱沈阳后金兵出动，找机会攻破沈阳的计划也觉得大有机会，就让曹变蛟带五百骑兵留下相助东江军，要是沈世魁的计划能成，留在这里跟着打进沈阳也能立下大功。
一天半以后，一万四千明军把牛庄驿团团围住。海州城离牛庄四十五里，牛庄如果被攻击，海州城的后金兵很可能增援牛庄，骑兵可以在一个小时以后赶到，也需要防备。商量后，赵率教决定亲自率领五千兵力驻扎在牛庄驿东南二十里的滑石山上，随时准备拦截海州城方向可能赶来的援军。
牛庄驿周长一千一百四十米，边长四百米不到，小得很，不过防守兵力密度也高，主将照管也容易。城墙高度、厚度和紧固程度比一些大城也差不多。修筑了五年多时间，今年四月才修筑完，皇太极还专门庆祝犒赏修城役夫。
明军官兵印象中的牛庄驿还是明朝时那个以驿站为中心形成的集镇，以为后金就算修了城墙，估计也是一些破砖烂瓦堆砌而成，几炮就能攻破，不过满桂率兵围住牛庄驿以后，才发现和之前的想象不大一样，从外观上看，城墙虽然不长，却相当厚实高大。要攻克牛庄驿，似乎并不容易。
本来这种小城，储存的辎重不会多，长期围困，围而不打，困死里面的军兵才是最容易的办法。但是这次出兵是为了迫使皇太极回军，没有时间围困，就只能强攻了。关宁军这次带着两门六百斤三号神飞炮，十门两百斤威远炮和三十门攻戎炮，三十门灭虏炮，两百门虎蹲炮，满桂先命令两门三号神飞炮轰击牛庄城北门，这城门是木头外面包一层铁皮，三号神飞炮足够轰开。
果然两门神飞炮轰击四下以后，城门就炸飞了。满桂就下令三千精锐骑兵往里冲锋，本来以为这种小城不至于修瓮城保护城门，冲进去才发现里面有一圈弧形城墙，虽然和外面城墙不完全贴合，但是缝隙也只是容两个人并排通过，大队人马想从缝隙过去根本就是找死，明军冲进去以后，弧形城墙上的建虏守军一顿箭矢、滚木檑石、小型火炮轰了下来，冲在前面的明军迅速伤亡，后面的明军见势头不对，赶紧撤了出去，可也已经伤亡了两百多人。
满桂见攻打城门不行，就下令神飞炮轰击外边的城墙，可是只在城墙上留下几个小小的浅坑，火炮难以破城，还是要用最笨的办法，架云梯，让士兵攀爬上城墙。这次出兵本来就是准备攻沈阳的，随军运了很多云梯部件，可以让军中工匠迅速组装起来。不到半天时间，上百架云梯已经做好。
第二天一早，满桂就下令大军从四面八方竖起云梯攻城，牛庄里毕竟只有七千多兵力，虽然进攻了四个小时伤亡很大，还是没有进展，不过明军还是不断轮番不停地攻城，守城鞑兵却没有轮换，体力消耗巨大，这样持续不断攻击下去，守军支撑不住只是时间问题。
满桂看到这种情形以后，想到如果赵率教那五千兵力也投入攻城，这牛庄城很快就能攻破。就派亲兵去滑石山看看，如果海州城没有动静，就让赵率教先过来把牛庄攻下再说。两小时后亲兵回报，说海州城的阿巴泰亲率六千军兵来支援牛庄，已经和滑石山和赵率教激战，现在赵率教抽不出兵力来合攻牛庄了。
这是都司左良玉提议反过来去支援赵率教，把海州出来的这股后金兵歼灭，都司薛光胤提出如果这样，牛庄城的守军也会出兵袭击后方，左良玉说那正好，两股后金军都出了城，明军兵力还是占优，两万对一万三千多，总比攻城容易。
薛光胤说关宁军对后金兵一直就有畏惧心理，除非兵力占据绝对优势全可以全力作战，如果兵力相差不大，作战到紧要关头，多半就要畏惧溃逃，即便原来是胜势，也会一下子逆转为败势，全军混乱兵败如山倒。还不如继续在这里攻城，斗志可能更高些。