日军冲入营寨，迎接他们的是明军密密麻麻的枪阵，领头的明军将官怒吼道：“杀倭贼啊！弟兄们冲！”日军见此情景依然悍不畏死，倭刀在灯火下寒光闪闪，跳舞一般冲入明军的枪阵，长刀劈砍之下倒也削断了不少明军的长枪。可是即使这样，日军依然无法抵挡明军的长枪攒刺，在密集的枪阵下，悍勇的日本武士节节后退。就在双方相持不下之际，明军身后又传来了三眼火铳的怒吼。硝烟散过，日军前排士兵头脸处血肉模糊，纷纷倒在地上呻吟哀号。趁此机会，明军枪阵奋力突刺，而刀盾兵亦从两边配合刺杀，将日军尽数杀退。
小西行长从牡丹台拼命杀回平壤城后，惊魂未定，但并未丧失判断力，他当即派遣数拨使者马不停蹄地向风山的大友义统和在京城的日军诸将求援，并打消了议和的幻想，横下一条心，强打起精神指挥防御。此时平壤城中除了一万六千日军之外，还有五千余人的朝鲜伪军，加上牡丹峰的两千日军，加起来亦有两万三千余人，虽然远少于明朝联军进攻兵力，但是也有一搏之力。小西行长在城内再次竖起大将旗，并以五千人作为总预备队，巡视城中各处，其余各部分用来防守平壤城各面。
在最初的试探之后，当晚明军派遣了之前俘虏的日军通译张大膳进入平壤劝降。第二天中午张大膳带来了日军的回答，小西行长不愧是生意人，一手漫天要价就地还钱的招数玩得纯熟，他居然一口答应了明军的要求，但是却附带了一个条件，让明军退军三十里他再写降书投降。李如松听完以后心头火起，这么明显的伎俩，小西行长是把我当傻子耍呢！他当即反唇相讥：“真想投降，就把人带出来弃械投降，别跟我耍这些花招！”
不过这一天平壤城忽然大雾弥漫，使得明军完全不能攻城，只能先安营扎寨，稳固防守。而日军亦在城内调兵遣将。小西行长见明军军力强大，除了在城内调派之外，还派人火速去向平壤城外的风山城主将大友义统求助，亦向驻守京城的日军主力求援。而在凤山的大友义统军见平壤城厮杀震天，觉得大事不妙，虽然有小西行长的求援使者催促，依然脚底抹油，直接溜之大吉。在后方的黑田长政、小早川秀包等人借口兵力不足，亦拒绝救援。可怜的小西行长很快就会知道他的第一军团将面临独自面对明军主力攻杀的命运。
夜里宗义智贼心不死，重施故技，派出八百人再次偷袭李如柏营，可是又被发现。明军也吸取了前夜夜战的教训，当先把营中照明的旗灯扑灭，然后向营外齐射火箭。日军夜战之兵全都暴露在火箭燃烧的火光之中，成为最明显的标靶，在惨叫声中被明军一一点杀，损失惨重。两次夜袭日军损失近半，明军成功地打消了日军的侥幸心理。
平壤会战图经过两天的互相试探，明军完成了全部攻城准备，初八黎明，李如松在举行了盛大的焚香祝祷占卜吉日的活动之后，开始发布正式的总攻令。命令中除了再次重申围三缺一的战斗原则之外，还着重提出此次战斗记功并不以割首级为战斗原则。明代武将打仗要想记功升官，主要看斩首的数量。此种记功方法的弊病很多，主要表现是这样就没人愿意去啃易守难攻的硬骨头，甚至打仗时会因为争抢首级反胜为败。出身将门世家，李如松深知斩首记功的弊端，因此特别强调此战不以首级记功。
明军各部按照战前的部署对平壤三面围攻，此外吴惟忠所部全力猛攻牡丹峰，力争一举歼灭日军。李如松本人亦率两百亲兵亲临城下往来指挥。诸将见主帅亲临，也都踊跃奋战。明军整队完毕之后，辰时（早上七点到九点）便开始了正式的攻城战。
最先发威的是明军的火器，在明军的预设阵地上，各种大炮在指挥下齐齐发射，震耳欲聋的声音响彻天地。巨量的炮弹同时间倾泻到平壤城头，将平壤城打得乱石飞溅，时不时地有日军士兵的断肢残臂随着惨呼被实心炮弹带起又砸入地面。随着大炮的轰鸣，明军紧接着开始施放大量火箭，平壤街道狭窄的老城中很快燃起了冲天大火，烈焰飞腾，随着风势直冲入城，强烈的火势甚至将日军在城内修筑的密德土窟要塞焚烧殆尽。而火箭内又夹杂着毒物，燃烧后发出浓浓的呛鼻毒烟，日军闻到后无不头晕目眩。在这样双重攻势之下，日军死伤惨重。