崇祯十七年（1644年）初，李自成率领大顺军直指京师，崇祯诏征天下兵勤王，命吴三桂火速领兵入卫北京。吴三桂从宁远入山海关，200里路程，走了十一天。同时李自成派唐通带4万两白银前去招抚吴三桂，吴三桂不答。等李自成攻破北京，崇祯自缢，吴三桂才到达丰润一带，犹豫观望，停止不前。 李自成令诸将发书招吴三桂，命吴襄写信劝子投降，另派人带白银4万辆犒赏吴军官兵。吴三桂和众将商议决定归顺大顺。四月初五日，吴三桂行到永平西沙河驿，见到从北京逃出的家人，得知父吴襄为闯王部下行掠，吴三桂大怒，考虑到自己和清军结仇甚深，北归很难，而“李害父陷于不知，不必仇”，到北京后再辨明。接着听到京城被李自成部下大掠，拷掠净尽，自己的爱妾陈圆圆被刘宗敏抢占，发现不能投降李自成，改变了投降李自成的初衷，寻找新的主子。
吴三桂率领山海关军队退回山海关，犹豫不决，感到不能投降李自成，
吴三桂投降清王朝完全不是因为“冲冠一怒为红颜”，关键的原因是李自成的大顺王朝对于投降的地主阶级严厉拷掠，虽然已经占据了大半个中国，但是完全反对地主阶级，坚决消灭地主阶级，这样就和吴三桂的既有利益冲突，和吴三桂的家族利益冲突，和吴三桂的支持来源冲突。这时吴三桂已清楚的知道，他和他的阶级不能和李自成的大顺王朝共同相存。
吴三桂是明朝时期镇守辽东的平西伯，后来投降清政府，是镇守云贵的平西王。1644年，镇守山海关的吴三桂为了对付李自成，投降关外的多尔衮，引清兵通过山海关进入中原。
崇祯十七年（1644年）初，面临覆亡命运的明朝便把赌注押在了关外拥有重兵的吴三桂身上。不少朝臣如王永吉、吴麟征等先后上疏，要求撤宁远之师以入卫京城。大顺军直指京师，崇祯诏征天下兵勤王，三月五日加封吴三桂为平西伯，命吴三桂火速领兵入卫北京。
三月十九日吴三桂率军到达山海关，继而率兵西进京畿。二十二日吴三桂兵至玉田（属河北省唐山市）一带，这时突获京师陷落崇祯自缢的消息。明朝的灭亡使吴三桂失去倚靠，为了寻找新主，此后一个多月，吴三桂在各种政治势力间进行投机活动。
大顺李自成曾多次招降，吴三桂再三犹豫，曾一度有投降李自成的念头。据传后来听说其爱妾陈圆圆被李自成部下掳去而作罢。两面受敌的吴三桂，对内不敌李自成，对外难挡多尔衮。陈圆圆和吴家亲人都成了李自成的人质。
为保全家人性命，吴答应与李自成议和，为防李自成有诈，又私下以黄河南北分治为条件向多尔衮求助。四月十三日，李自成亲率六万大军奔向山海关。此时，被年初以来的一系列胜利冲昏了头脑的李自成，对当时军事对峙的严重性是估计不足的。
吴三桂得知李自成亲自率军东征的消息后，即派山海关士绅、儒生李友松、谭邃寰、刘泰临、刘台山、黄镇庵、高选等六人“轻身绐贼”，迎候李自成大军于北京之东不远的三河县，表示投降之意，以拖延时日，等待清军。
在派赴清军求援的使者携带多尔衮的复信返回山海关后，吴三桂马上又致书多尔衮，求其“速整虎旅，直入山海”。
李自成直至行抵关门之时，吴三桂派去接洽投降的代表妄图脱逃，才发现吴三桂假投降的真实意图，但已贻误了轻兵速进夺取关门的有利时机。而多尔衮却在接到吴三桂的二次求援信后，经过一昼夜的强行军，于二十一日抵达关门十五里之外。
四月二十一日，多尔衮利用吴三桂所处的危急局面，逼迫吴三桂放弃联清击李的政策而彻底投降清朝。四月二十二，吴军初败，吴三桂求救于多尔衮，多尔衮将计就计，趁吴三桂与李自成谈判之机，突然向李自成发动攻击。
在一片石战役中吴三桂联合清军击溃李自成。清兵入关后，攻入北京，多尔衮把年幼的顺治帝以及朝廷由东北的盛京迁都至北京，清定都北京后封吴三桂为平西王。
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崇祯十七年（1644年）三月，崇祯死、明廷亡，他和所有明廷故臣一样都在寻找出路。而一条最简捷的出路就是投降大顺。大顺对吴三桂的政策亦是招降。李自成遣使三桂，给予其四个月军粮及白银四万两，并声明“俟立功日升赏”。
这对于已缺饷一年多的吴军确实是雪中送炭。吴三桂已有降意。就在这关键时刻，吴三桂先后接到两种文书。一是大顺使者所持其父吴襄劝其归顺李自成的书信，二是有人送给吴三桂密信，详告其父被刘宗敏抓捕追脏，遭到严刑拷打。
其父已凑白银五万两，但离刘宗敏所索二十万两甚远。此外，吴三桂爱妾陈圆圆亦被刘宗敏霸占。吴三桂闻讯大怒。遂拔剑斩案、升帐演兵场，斩一名来使，将另一名割去双耳，令其传言李自成：“李贼自送头来。”
同时，起兵回师击败唐通，夺回山海关。吴三桂从态度模棱两可转变为公开对抗，这在大顺朝中引起轩然大波。四月十三日，李自成率兵十万，号称二十万东出京师。此时，吴三桂已别无选择。若明日ji单独与大顺军交锋，必将不敌，身家性命必毁于一旦。
于是只得依多尔衮所示，亲往清营，剃发跪拜。次日，山海关大战展开。狡诈的多尔衮令吴军先与大顺军战。待交战双方皆疲，而吴军已显不支之时，方挥师跃入阵中。毫无思想准备的大顺军兵败如山倒。至此，吴三桂所谓借清军以伐大顺，以复明室的设想已成泡影。
在军事上、政治上已完全掌握主动权的清，只把吴三桂视为众多归降故明官员中的一个，并驱之若走狗来为其征服全中国的企图效力。
参考资料来源：百度百科-吴三桂
李自成攻入北京后开始大肆捕杀明朝官吏和家属，吴三桂本来还处于观望期，然而李自成佣兵自重，竟然命令吴三桂投降！吴三桂因此投降清朝！无非也就是吴三桂认为投降李自成不会有好结果，所以投降清朝，好继续混！