1631年（崇禎四年）農歷十月初七，皇太極再次致書祖大壽，又派降將姜新赴城中面談。祖大壽派出一位叫韓棟的將領到金營中談判。農歷十月二十五日，祖大壽最后下了決心，他邀后金將領石廷柱進城商議降金事宜，當晚祖可法、祖澤潤、劉天祿、張存仁等四人隨石廷柱一同到了金兵大營，皇太極親自迎接，四人跪倒便拜。皇太極急忙上前一步攙扶，以女真人最高貴的禮節抱腰禮相見。然后設盛宴款待，四人被請至座中。
1631年（崇禎四年）農歷十月二十八日，祖大壽殺死寧死不降的何可綱，大開城門，率眾將來到金營。皇太極與代善、莽古爾泰及眾貝勒眾大臣，一齊隆重迎接祖大壽一行。后雙方登壇發誓祭天，盟誓祭天畢，皇太極攜祖大壽手進入大帳，為祖大壽設宴慶賀。
逃回錦州
投降后的祖大壽向皇太極建言：自己妻子兒女均在錦州城里，趁錦州不知自己已經投降，愿帶一支兵馬去錦州，在城里當內應，奪取錦州城。皇太極同意放祖大壽去錦州城。
祖大壽一回到錦州城就組織防御，抗擊清軍。遼東巡撫丘禾嘉向朝廷參奏祖大壽率隊獻城投降，崇禎皇帝不僅沒有降罪，反而提升祖大壽為左都督，領錦州。
崇禎皇帝三次下詔，命祖大壽進京覲見，祖大壽都借故推辭，始終堅守在錦州城里。
后金方面，皇太極三番五次派密使前來，提醒祖大壽不要忘記以前的約定，即刻動手奪下錦州城。祖大壽以各種理由搪塞，并且多次與清兵激戰。皇太極對留在后金軍營中的祖大壽之子祖可法等人，一直以禮相待，并且頻繁給祖大壽寫信。
1638年（明崇禎十一年，清崇德三年）農歷十月，皇太極親自率領部隊進攻明朝，率領鄭親王濟爾哈朗、豫親王多鐸出寧遠、錦州大道；睿親王多爾袞為左翼，自青山關入；貝勒岳讬為右翼，自墻子嶺入。祖大壽在中后所（今遼寧綏中縣城）屯兵，領兵偷襲多鐸，多鐸戰敗。第二天，多鐸與濟爾哈朗合兵出戰，祖大壽收兵回中后所。不久，皇太極親自來到中后所，派使者給祖大壽帶話：“自大凌河一別后已過數年。我不畏艱苦而來，就是希望與將軍見上一面。至于將軍是歸降我大清還是仍留在大明，絕不勉強，將軍自己決定去留。上次是我釋放了將軍，如借會見之名誘捕將軍，我還憑什么取信天下之人呢？這些年將軍雖然屢次率隊與我軍發生沖突，但我知道你是在執行命令，盡自己的職責，我不會放在心上的，請將軍不要懷疑。”
第二天，皇太極又命令釋放抓獲的明軍俘虜，并讓他帶信給祖大壽。信上說：“我在大凌河釋放了你，我的大臣都說我看不清人。現在，將軍應該出城與我相見，證明我沒有看錯你。如果將軍不放心，我們各帶一兩名親信隨從，在兩營的中間處會晤。我這么做，只是為了自我解嘲罷了，同時也讓將軍的子侄和大凌河的將帥都知道將軍是履行諾言的人。”
祖大壽卻始終沒有露面。
再次降清
1639年（明崇禎十二年，清崇德四年）農歷二月，皇太極再次進攻明朝，以武英郡王阿濟格為前鋒，親自督軍包圍松山。明朝崇禎帝下召命令祖大壽前去支援松山，祖大壽剛剛行軍，清軍就到了，于是祖大壽去寧遠駐守。
皇太極派遣使者去錦州告訴祖大壽的妻子，叫她以利害誘導祖大壽投降。祖大壽選蒙古、漢族兵各三百，命令祖克勇及副將楊震、徐昌永等取道邊外進取錦州，到烏欣河口；清軍將領阿爾薩蘭以滿、蒙兵一百六十人與明軍交戰，清軍勝，斬明軍八十四人，得馬一百五十匹。
皇太極下令停止進攻松山，后金軍返回盛京（今遼寧沈陽）。于是祖大壽又進入錦州駐守。
1640年（明崇禎十三年，清崇德五年）農歷五月，皇太極到義州視察，蒙古蘇班岱等請求歸降，皇太極命濟爾哈朗等率軍一千五百人前去迎接。祖大壽得知清軍人少，命令游擊戴明與松山總兵吳三桂、杏山總兵劉周智合兵七千人出擊，卻被濟爾哈朗打敗。
于是皇太極命多爾袞、濟爾哈朗等帶兵輪番攻錦州。1641年（明崇禎十四年，清崇德六年）農歷三月，皇太極再次發兵圍攻錦州。明薊遼總督洪承疇率吳三桂等八總兵領兵十三萬來援，駐扎在松山。皇太極親率軍隊切斷明軍糧道，明軍大亂。清軍趁勢掩殺，總督洪承疇等被圍于松山。