孔有德包围掖县两个多月，李应元一直在请命攻城，孔有德一直没答应，还在等待着孙元化上书的招安事宜。但是他不知道的是，孙元化上书的诏书被巡按王道纯藏匿，根本没有递上去。
四月一日，刘宇烈率领蓟门、密云等地的援兵和义勇乡兵，凡马步兵二万五千人，加之崇祯又调遣来的6门红衣大炮和在周边又召集的登州总兵吴安邦、通州总兵杨御蕃等在城外沙河集结，和孔有德叛军隔河对峙。又命人向城中送信，要求配合。
十五日晚，刘宇烈又派人到掖县，要求十六日出城两面夹击叛军。
第二天，刘宇烈下令进攻。城外炮火连天，谢琏率领着两千人，徐从治也率领着自己兵马，出城支援，张扬亦被谢琏要求出城夹击叛军。面对命令，张扬无法反抗，只能率自己五个白人队，又拉上五门火炮从东门出。
沙河在掖县以西40里，战斗发生后，孔有德调集大部分部队，又以火炮众多，占据着很大的优势。
张扬部五百人都是步卒，要到达主战场，急行军也要一个多时辰。张扬不愿意连续赶路40里，去支援正面战场。东门外五里有孔有德的三个营寨，用火炮轰开木制围栏，营寨中不多的兵马根本挡不住夏河军得排枪射击，攻破营寨后放火烧毁，把三个营寨都毁掉后，便率军回城。
刘宇烈兵马杂揉、纪律不明、指挥混乱，辎重又被孔有德焚毁。终在沙河兵溃，巡抚徐从治亦死于炮下，谢琏亦被俘虏，出城的士兵都没有能回来。
经此一战，孔有德俘获大量人员、火器，实力进一步增大。刘宇烈收拢各部残军继续在沙河屯驻。
“大元帅，朝廷兵马已被杀破了胆，那夏河军还在城中安坐，还望允许下官攻城，已报杀父之仇。”在获胜后的第二天，李应元又来到帅帐中，请求攻城。
孔有德经过此战，自己被招安的希望越来越小了，李应元又总是来请战。便对李应元说道：“你父与我同乡，情同手足，今朝廷大军已败，无力再攻，便允你一次。”
“我已探查清楚，那夏河军在防守东门还请大元帅允我一些兵马。”见孔有德同意李应元高兴的说到。
“本官于东门驻扎的三路营寨具是被毁，极有可能就是这夏河军所为，本官允你1000步卒，再另外三处城门处佯攻，以配合你。”孔有德又对李应元说道：“你且去，午饭后攻城。”
。。。。。。
徐从治和谢琏的败亡，让掖县本就不富裕的兵力雪上加霜。武将中现以张扬官职最大，张扬便召集城内仅有的三位千户李贵、谢旺、刘真大让他们多准备滚木雷石、桐油之类的守城物资，以防孔有德攻城。又派王杰、王飞、胡强各率百人协助西门，北门和南门，有给每各城门分配三门火炮。李贵、谢旺、刘真大对张扬的指挥和安排没有异议，皆领命而去。
下午，李应元率先在东门两里外集结，准备用火炮轰击城门，两里也是西洋炮（西洋炮是葡萄牙人铸造的陆战炮，红衣大炮是荷兰人的舰炮，两者不同）仰射的最佳射击距离，再远就打不到城墙上了。
张扬站在城墙上，看到李应元再部署火炮。轻笑一声“不知道站的高射的远吗？我岂会让你摆好阵势？”又对着身边大牛说道：“传令潘大胆，对着敌军阵地开炮！”
轰、轰、轰......6磅（5.5斤）重的大铅球射向李应元阵地。炮弹击中一名士兵的膝盖，那名士兵的腿直接被生生地砸断，巨大的惯性，炮弹又弹起来，继续向前砸去，硬生生地砸出一条血路。
李应元明显炮打的少，没想到敌方炮弹能打这么远。连忙命令士兵后撤，以躲避地方炮击。一直打出十几轮，由于炮管太热了，不得不停下降温。张扬看到炮击停下，问明白原来是炮管太热。不由感叹一声，“如果是后装炮就不会有这种问题了”。
其余三门也开始了战斗。李应元见到孔有德已经派人攻城了，而去对面火炮已停下，赶紧集结部队，也不管自家火炮了，就急忙命令着士兵们冲锋。