小西行长与宗义智对松浦镇信说道：“这个计策不错，你们分兵两路先行撤退，以图再举，我等死战以成全我们的志向！”而大村喜前与五岛纯玄被小西行长的豪迈所感动，亦愿意一同赴死。
当然小西行长不过是做做样子，最终小野木重胜劝解道：“松浦镇信的主意甚好，我们现在疲惫不堪又无援军，坚守不过是送死，没任何意义，还是渡江走人吧！”
小西行长本就不想死，正在犹豫不决之时，李如松恰巧将俘虏的日军翻译张大膳放回，让他带话给小西行长：“以我军的兵力完全可以一举消灭你们，如今只是不忍多杀伤人命，姑且放你们一条生路。”
小西行长简直不敢相信这是真的，大喜道：“我们情愿撤退，请不要追杀。”
李如松佯装答应了这个要求，将堵截后路的一队朝鲜伏兵调回，让小西行长放心，却又安排了李宁、查大受率精兵追击。深夜中，日军携带了十天的粮食，举火把强渡大同江而逃。
小西行长一路逃窜非常狼狈，日军将能丢弃的武器装备军需物资全都丢了，伤重不能行走的伤兵也被抛弃，许多士卒虽然没有受伤，但已在一天的战斗中耗尽体力，走不动，只能爬行着希望不致掉队。日军一路狂奔，终于来到平壤以南十里外的风山寨，防守此城的是大友宗麟嫡子、大友氏当主大友吉统所领六千倭兵。行长这才松了口气，岂料入城一看，差点儿把鼻子气歪了。城中居然并无半点儿人影。日军人人奔逃了一夜，疲惫至极，只能就地露宿。小西行长担忧明军大军追击，仅仅休息了一阵子，晚上连夜赶路。
初九，小西行长终于逃到了龙泉城附近，遥望龙泉城黑田长政的中白旗迎风飘扬，小西行长眼泪都要夺眶而出，有救了！他心中狂呼着！可是刚兴奋完，查大受等人的三千伏兵便一齐发动。当时日军大部队正行军在两座山之间，明军便埋伏在两旁山上，顿时箭如雨下，日军纷纷中箭惨呼。遭到偷袭之后日军迅速用火绳枪向山上还击，但是日军身为败军，不论从精神、体力还是器械上早已如强弩之末，被占据有利地形的明军打得抬不起头来。
黑田长政家臣小河传卫门在城楼上见到小西行长残军遭到袭击，连忙派出了两队火绳枪手接应，小西行长见援兵来到，精神大振，对援兵道：“你们在后面顶住，我们先撤。”在久疲之下依然发挥了极高的运动能力，迅速撤进了龙泉城，而置日军伤兵于不顾。此战日军又被明军斩去三百六十二颗头颅，此外还生擒一人。
是役明军获得全胜，战后清点，明军阵亡七百九十六人，受伤一千四百九十二人，损失骡马五百七十六匹，总计斩首一千六百四十七级，其余葬身火海、跳城溺水的不计其数。按照计算，日军实际损失当在一万三千人左右，而五千朝鲜伪军或逃或降基本全灭。救出朝鲜被掳男女一千二百二十五人。