八旗兵刚击败杜松军，侦骑又飞报开原路马林军至。马林率军“出三岔口，营稗子谷，夜闻杜松败，林军遂哗”（《明史·潘宗颜传》第291卷）。天明，与八旗军相遇。
初二日，马林军在萨尔浒西北三十余里富勒哈山的尚间崖安营，浚濠堑，严斥堠（huò）。马林见杜松兵败，所部军哗，急忙转攻为守，形成“牛头阵”：马林亲自率军驻尚间崖，依山结成方阵，环营挖三层壕，壕外排列骑兵，骑兵外布枪炮，火器外设骑兵，壕内布列精兵；潘宗颜在飞芬山扎营，杜松后部——龚念遂在斡珲鄂漠结营，两营相距数里，形成犄角。马林雅好诗文，交游名士，图虚名，无将才。他自以为“牛头阵”既能互相救援，又能以战车和壕堑阻遏后金骑兵的驰突，以炮铳和火箭制服后金的弓矢。但他消极防御，兵力分散，鼎足成阵，各营蚕缚，形成被动挨打的局面，给努尔哈赤提供可乘之机。
聪明的努尔哈赤尽管有三倍于敌的兵力，却没有分兵围攻明军的三个营，而是集中兵力，先砍其“牛头阵”的一只犄角——龚念遂营。参将龚念遂、游击李希泌统领步骑，楯车屯营，环营浚壕，排列枪炮，严密防守。努尔哈赤攻打龚念遂营，也没有四面包围，而是亲自率领一千精骑，朝着其薄弱的一隅猛冲，“攻打进去，推倒楯车”（《满文老档·太祖》第8卷），突破一个缺口。八旗兵像洪水似地从缺口涌进龚念遂营，骑兵踩着死人和活人，冲突、砍削、狂奔、蹂躏。龚念遂营破战死。努尔哈赤在斡珲鄂漠得胜之后，跃马急驰尚间崖。
尚间崖的马林营防守严整。努尔哈赤命“先据山巅，向下冲击”（《清太祖高皇帝实录》第6卷），但见马林营内与壕外兵汇合，又命“停止攻取山上，下马徒步应战”。大贝勒代善、二贝勒阿敏、三贝勒莽古尔泰各率兵鼓勇急进，冲向马林营。营中明军发鸟枪、放巨炮，但“火未及用，刃已加颈”（于燕芳：《剿奴议撮》）。两军短兵相接，骑兵横驰，利刃飞舞。后金兵受伤者甚多，勇将扬古利“裹创系腕”（《满洲名医传》第1卷），率牛录额真驰击，兵马齐拥激战。正在酣战之际，马林恐甚，策马先奔。《明神宗实录》记载：“敌至，林甚恐，遂提部下兵，避其锋以去。”主将马林先遁，副将麻岩战死，余众大溃，全营皆没。明军“死者遍山谷间，血流尚间崖下，河水为之尽赤”（《清太祖高皇帝实录》第6卷）。努尔哈赤攻下尚间崖马林营，又马不停蹄地驰往飞芬山潘宗颜营。
飞芬山的潘宗颜据山扎营，楯车为垒，环列火器，督军坚守。努尔哈赤指挥八旗，令一半兵下马，重甲兵持刀枪在前，轻甲兵操弓矢在后；另一半兵骑马，包围飞芬山——步骑冒死前进，仰山而攻。潘宗颜“奋呼冲击，胆气弥厉”（《明史·潘宗颜传》第291卷）。明军居高临下，施发火器。八旗军突破营阵。两军混战、周旋、厮杀、肉搏。炮队迎步兵，铁骑冲炮队；蜿蜒动荡，血肉横飞。马林“牛头阵”的另一只犄角也被砍掉，潘宗颜营溃战死。其死时“骨糜肢裂，惨不忍闻”（《明神宗实录》第580卷）。时叶赫贝勒金台石、布扬古“约助明兵，与潘宗颜合，至开原中固城，闻明兵败，大惊而遁”（《清太祖高皇帝实录》第6卷）。
至此，明北路马林军，除主将马林仅以数骑逃回开原外，全军覆没。先是，开原道兵备佥事潘宗颜知马林无将才，在出师之前致书经略杨镐言：
林庸懦，不堪一面之寄，乞易别帅当此重任，而以林遥作后应，庶其有济；不然，不惟误事，且恐此身实不自保。（《明神宗实录》第580卷）
杨镐不听，果然马林兵败。