大同镇，自古以来就是军事重镇和战略要地，史载大同镇“三面临边，最号要害东连上谷，南达并恒，西界黄河，北控沙漠。实京师之藩屏，中原之保障”自秦汉以来，大同曾发生大小上千次战事，而大同镇东的马铺山是汉代刘邦与匈奴奋战七昼夜的战场。
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自明朝立国以来，尤其是兴和卫被放弃以后以及大宁、东胜卫内徙以后，边防线就向南推移数百里，大同镇就不可避免的成为边防最前线。自明英宗起，历代皇帝都对大同镇多加修缮并屯以重兵，最多时大同镇屯兵十三万五千七百七十八员名。
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但是自隆庆年间起，尤其是崇祯以来，大同镇的边防形式大加改观，尤其是崇祯时期，因为明朝改变政策，对蒙古以降服、拉拢、联姻等政策为主，塞外的一些蒙古部转而落归附明朝，使得明朝的边防线向北推移数百里，大同镇的边防形式趋于缓和。
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虽然如此，但在宣大总督马世龙的支持下，大同总兵渠家帧依然对大同镇的城防设施大加修缮，增设炮台，并积极操练士卒，以防不测。而事实证明渠家帧的这些努力并没有白费。
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崇祯五年十月中旬，林丹汗率领蒙古察哈尔部十万余骑兵部队，从归化城出发，一路越过明军的边防哨卡、城堡，直驱大同镇。在崇祯五年十月二十日，林丹汗驱大兵到达大同镇。
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林丹汗到达大同镇外之后，首先让一部分大军在离城十里之外出布置营寨，率领主力大军在大同镇外环兵列阵，放回被俘的明军斥候，向明军守将渠家帧劝降，向明军示威。
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当然了，林丹汗不会天真的以为明军大同总兵渠家帧会真的投降，要是那样的话，明朝早就被蒙古灭了好几回了，或者后金的皇太极早就攻入山海关，入主北京城了，林丹汗此举的主要目的就是向明朝宣示察哈尔部的力量。
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渠家帧在接到林丹汗犯边的消息后，立即加强守备力量，等到林丹汗大军达到后，大同总兵渠家帧已经率领大同镇兵马严阵以待。对于林丹汗放回的明军斥候，渠家帧以城破兵败为由，据不收纳放回的明军斥候。
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渠家帧此举也是不得已为之，因为自从后金起兵以来，后金军队多次装扮成溃败的明军士卒，以诈开城门，然后里应外合，一举夺城。对此，身为大同总兵的渠家帧不得不防，要是林丹汗用这一招夺取大同，渠家帧可付不起丟城失地的责任。
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林丹汗见到大同城墙上士卒林立、守备严密、对败兵闭而不纳而林丹汗和渠家帧也交过手，深知此人不好对付，于是林丹汗决定今天休息一晚之后，明天在攻击大同城，同时，林丹汗也决定，如果强攻大同不下，就转兵他处攻击其他地方。
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在崇祯五年十月二十一日，林丹汗举大兵全力攻击大同镇。首先察哈尔部的步兵在明军火炮的射程外集结列阵，然后一个背负沙土包、手持圆盾蒙古万人队齐声唱和，先是缓步前进，当进入明军火炮的射程后就疾步前进，迎着明军的炮火冲到护城壕后，将沙包丢入护城壕中，企图填平护城壕。
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当蒙古军队付出不小的伤亡之后，终于将护城壕填平。当填平护城壕后，另一个背骨沙包、手持圆盾的蒙古万人队替换上一个体力耗尽、伤亡惨重的万人对、迎着明军的炮火、铅弹和飞蝗般的箭雨，拼着命的冲到城墙之下，将一袋袋沙包堆积起来，企图旧计重施，堆积一个成由城下直通城墙之上的缓坡。
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如果让察哈尔部军队得逞，那凶悍的蒙古骑兵以及步兵就可以沿着这道缓坡直冲到城墙之上，到时候丢城失地就不可避免。渠家帧与蒙古军队打了长时间的交到，知道蒙古军队的套路，于是渠家帧丝毫没有慌张的样子，气定神闲的指挥城墙上的明军倾倒早已安放在城墙上的数十口盛满沸油的大锅。
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城上的明军显然训练有素，渠家帧一声令下，在把总的指挥之下，几名穿戴防护用具的明军士卒合力将一锅沸油倾倒下去，然后迅速退开，然后下一组抬着沸油顶替下来，明军有如走马灯一样轮番而上。
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城墙之下那些躲闪不及的蒙古士卒的下场可想而知，顿时一股令人作呕的一股肉香味传遍了战场。那些侥幸躲过一劫的蒙古士卒，吓得魂飞魄散，只恨得自己少生两条腿，连滚带爬的跑回蒙古军阵。
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此刻在城墙上的明军士兵，在哨长的指挥下，向大片滚油浸泡过的地方，射出一支支火箭。顿时就燃起了一片火海，阻挡了蒙古士卒进攻的路线。大火的燃起，是空气中的肉香味立刻变成了焦臭味，这下，无论是明军还是蒙古士卒，都忍不住呕吐了出来。
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林丹汗见到这种场景，脸阴沉的可怕，当下发布命令，再次整军备战。林丹汗明白，堆土山的战法对大同城可能是无效了，所以只能使用云梯、冲车等传统的攻城方法对付守备大同的明军了。
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但是蒙古军队手头制作攻城器具的材料很短缺，于是只能制作一些比较简陋的攻城器具，而大同城城高池深，即使蒙古士卒填平了护城壕，但是面对城池高大的大同城，林丹汗深知，要想夺取此城，蒙古大军非得付出相当的代价不可。
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但是林丹汗此刻没有其他的选择，要知道蒙古各部地处草原大漠，生活条件比较艰苦，铁器、粮食、茶叶、盐等必需品都需要大明接济，现在加上北方严重的干旱，致使蒙古各部损失严重，要不是明朝的接济，蒙古各部损失会更加严重。
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但是有句老话，叫做人心不足蛇吞象，林丹汗不满足于明朝接济的物资，他要扩充军队，要重现当初黄金家族的荣光，所以林丹汗决定向明朝索要更多的粮草物资；在加上不断有一些小的蒙古部落背弃林丹汗转而投入明朝的怀抱，使得林丹汗很是怨恨明朝，于是林丹汗决定，向南劫掠明朝的物资，并迫使明朝增加对察哈尔部的粮草物资支援。
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为了劫掠更多的物资，于是大同这样的大城就成了林丹汗不二的目标，虽然损失比较大，但是向大同这样的城镇，因为商业发达、富户众多，只要打下大同，蒙古就可以掳掠大量的粮食、物资，所以林丹汗才决定要攻打大同。
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而此刻参与此次劫掠行动的蒙古各部，不管愿不愿意、或者是忠于林丹汗还是比较倾向于明朝，都积极的参与到攻打大同的军事行动中。究其原因很简单，一是因为林丹汗的势力很是强劲，要是忤逆与林丹汗，其下场可是比较可悲的，所以为了自己的身家性命、自己的部落子民，都必须积极的参与到这次的军事行动，但是一旦分兵以后，那情形就可以自己掌握了。
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还有就是，面对破成之后自由抢掠这种对蒙古各部首领致命的诱惑，要知道因为蒙古各部生活艰难，即使有明朝的援助，但只这种援助是要付出一定代价的，而劫掠是无本的买卖，所以这种诱惑是蒙古各部首领不可拒绝的。
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所以即使面对先前的一些小挫折，单思面对破成后的诱惑，蒙古大军的士气还是比较高昂的，等到大火熄灭后，十余万蒙古大军开始挥师攻城，无数的蒙古士卒使用简陋的攻城器具，拿着圆盾，有如蝗虫一般朝大同城蜂拥而至。
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城墙上的明军毫不示弱，利用火炮、火枪、弓箭奋力还击，但是因为边防线的迁移以及朝廷抽调部分边军用于镇压西北地区的叛乱，所以大同城内的兵力由是十三万余员减少到现在只有五万余员。
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但是大同毕竟经长时间是边防重镇，再加上历届朝廷的修筑，所以武器弹药以及粮草物资的存储量是极其客观的。所以守军劲可以大胆的消耗各类的火药、炮弹、箭矢、以及滚木雷石，这才阻挡住蒙古大军如潮水般的攻势。