天啟帝的增援旨意下達後，遼東總兵趙率教不敢耽擱，即刻點齊一萬精兵，星夜馳援錦州。與此同時，運送五千杆改良鳥銃的隊伍也在加急趕路，沈恪特意派了十名熟悉火器操作的工匠隨行，以便抵達後能快速指導前線將士使用。
此時的錦州城，早已被後金大軍圍得水泄不通。皇太極親自坐鎮中軍帳，指揮士兵日夜攻城。祖大壽率領城內守軍頑強抵抗，奈何後金軍隊攻勢猛烈，又配備了不少雲梯、撞車等攻城器械，錦州城的防線已岌岌可危，守軍傷亡慘重。
“將軍，後金又開始攻城了！西北角城牆快守不住了！”一名親兵急匆匆地跑到祖大壽麵前，大聲稟報。
祖大壽手持佩刀，臉上滿是疲憊，卻依舊眼神堅定：“隨我去西北角！告訴弟兄們，就算戰至最後一人，也絕不能讓後金韃子踏入錦州城半步！”
就在祖大壽率軍趕往西北角防線時，遠處突然傳來一陣急促的馬蹄聲。一名偵查兵飛奔而來，臉上帶著狂喜：“將軍！朝廷的援軍到了！還有運送火器的隊伍也到了！”
祖大壽心中一振，連忙登上城樓眺望。隻見遠處塵土飛揚，一支明軍隊伍正朝著錦州城趕來，隊伍前方飄揚著“趙”字大旗，正是趙率教率領的增援大軍。而在援軍側翼，還有一支運送物資的隊伍，車上裝載的正是沈恪改良的鳥銃。
“太好了！朝廷沒有忘記我們！”祖大壽激動得熱淚盈眶，立刻下令，“開啟城門，接應援軍入城！”
趙率教率領援軍順利入城，剛站穩腳跟，便立刻與祖大壽商議破敵之策。“祖將軍，我帶來了一萬精兵，還有朝廷新研製的改良鳥銃五千杆，有了這些，定能擊退後金韃子！”趙率教說道。
祖大壽看向隨行工匠正在組裝的鳥銃，眼中滿是好奇：“這便是沈主事改良的鳥銃？不知威力如何？”
一名工匠上前，熟練地裝填火藥和子彈，對準城外一百五十步外的一棵大樹，扣動扳機。“砰！”一聲槍響，子彈精準地命中樹幹，嵌入大半。
“好威力！”祖大壽和趙率教齊聲讚歎。祖大壽更是激動地說道：“有了這等利器，我們定能讓後金韃子付出慘重的代價！”
隨後，工匠們立刻開始指導將士們使用改良鳥銃。這種鳥銃操作簡單，將士們經過短暫的培訓，便基本掌握了使用方法。趙率教和祖大壽商議後，決定次日清晨發起反擊。
次日天剛矇矇亮，錦州城城門突然大開，趙率教率領五千手持改良鳥銃的將士衝了出去，朝著後金軍營殺去。後金士兵還未反應過來，便遭到了密集的槍擊。
“砰砰砰！”槍聲此起彼伏，後金士兵成片倒下。他們從未見過如此威力巨大、射程如此之遠的火器，一時間慌了神，陣腳大亂。
皇太極正在中軍帳內休息，聽聞外麵槍聲大作，連忙衝出帳外。當看到自己的士兵被明軍的火器打得毫無還手之力時，臉色瞬間鐵青：“這是什麽火器？威力竟如此巨大！”
“大汗，明軍的火器射程極遠，我們的弓箭根本無法與之抗衡！”一名將領急忙說道。
皇太極深知再這樣下去，自己的軍隊將會損失慘重，無奈之下，隻得下令撤軍。“撤！立刻撤軍！”
後金軍隊狼狽逃竄，趙率教和祖大壽率領將士們乘勝追擊，斬殺後金士兵數千人，繳獲了大量的糧草和器械。錦州保衛戰，明軍大獲全勝。
捷報很快傳回京城，天啟帝大喜，下旨重賞趙率教、祖大壽以及沈恪等人。沈恪因改良鳥銃有功，被晉升為工部右侍郎，負責全國火器的研發與量產工作。