其弟李如柏见状轻声劝道：“兄长息怒，依小弟之见此人还是不杀为好，一来倭寇确实被其迷惑，二来若此人真与兵部尚书关联紧密，现在杀之必有后患。”李如松思忖片刻忽心生一计，随即释放沈惟敬并命人前往平壤传达和议意愿。令命刀斧手在府山院暗中准备，待敌主将前来便一举拿下。
小西行长收到明军和议请求，见明朝已准许所请，十分欣喜，日军众将也同样兴奋。小西行长问来使沈惟敬身在何处？来使答道：“沈游击年事已高腿脚不便，已往府山院等待您前去相见。”小西行长送走来使后便准备动身，宗义智劝道：“岳父大人，我担心这有可能为明军陷阱，是否由我先去探路为好？”
小西行长道：“大可不必，沈惟敬孤身一人都敢独闯敌营，我又怎能胆小怕事。”宗义智再劝：“这毕竟关系全军生死，未免万一还是小心为上，我先去探路若再向您回报，请您务必答应。”小西行长也认为如此较为妥当，便令宗义智带一队人先去查探。
宗义智率二十人来到府山院受到了明朝官员的热烈迎接，但院中早已暗藏伏兵。本应等待信号但副将李宁急不可耐，见日军进入府山院便立刻下令围杀，宗义智见状不好，带队拔刀迎战，双方战成一团，宗义智领数人杀出重围逃回平壤报信。
李如松听报日军主将小西行长并未出现，只斩杀十几名日兵，知机密已泄便立刻传令全军即可攻打平壤。小西行长知明朝大军来袭，立刻部署城防，经过休整之后的第一军经过兵员补充已达到一万八千的兵力，小西行长在七星门、芦门、含毯门、普通门及城外牡丹台各部署日军两千，自领主力七千压阵，令置一千伏兵于城内，平壤戒备森严只等明军来攻。更有日军三番队援军大友义统部六千余人已进驻凤山，小西行长自思并非不能一战。
李如松则令朝鲜休静大师领僧兵三千配合吴惟忠的三千南兵合攻牡丹台、令中军副将杨元，右军张世爵领军一万攻七星门、令左军副将李如柏、参将李芳春领军一万攻普通门、令祖承训领军一万攻含毯门、另令李镒率朝鲜军八千攻芦门、再遣李宁等领精兵于东门外沿江埋伏，李如松、李如梅、李如梧等领九千兵马压阵并令攻城之时先以夺占平壤为要，不得抢夺首级而贻误战机，众将领命。
城北牡丹台地势险要为明军首攻目标，明军意图即便攻克不下也需围堵此处以防日军从此处包抄其他城门的明军。面对平壤明军阵地火炮齐鸣，虎蹲、弗朗机连射不断，无数石块铅弹从天而降砸落城头，日军多有死伤仍冒死重整队列。数轮炮击之中，每发日军动辄伤亡近百，仍蚁聚坚守还击直至不支倒地。明军炮声惊天动地，十里之外也感山体震动。
日军面对明军火炮十分顽强，依托城楼掩体互相扶持，坚守城门，日将纷纷登上城门亲冒炮击鼓舞士气，间歇予以少量还击。城内小西行长听城外炮声隆隆深感不安，严令各门守备坚守待援。
明军火炮之中仅有少数重炮威力巨大但性能不稳，若一时不慎有炸膛风险故明军并未立刻投入使用，虽多数火炮难以击毁城墙，但压制城楼却绰绰有余，炮击结束需重新填装之际李如松下令全军出击登城，以火龙箭、一窝蜂、飞镰箭、百虎齐奔等集束火箭掩护进攻，各门日军集中铁炮射杀攀城明军，滚木礌石焙烙玉纷纷砸下，攀城云梯被煤油焚烧，战斗激烈，明军难以登城，多有死伤，阵脚动摇向后退却，七星门右军张世爵连声叫骂，号令进军却难以阻止明军后退。各地明军常饱受欠饷之苦，战意平平，且有李如松事先严令不准抢夺人头，士卒大都不愿死战效命。
李如松领其弟李如梧，部将方时春率轻骑两百围城巡视，见士气低迷不振只得怒斩数名逃兵当场大呼：“先登城者赏银五千两！”并亲做登城之状鼓舞军心，命令传遍各门，明军士气大振，前赴后继冒死攻城。杨元于七星门带头登城被日军铁炮击伤，部将丁景禄掩护杨元身中铁炮阵亡，张世爵急令救治并催督所部全力攻城。李如柏于普通门遭铁炮射击头部，幸躲闪及时仅头盔射飞，李芳春被射穿右膊。而督战队也遭到了袭击，李如梧被铁炮射穿左臂，方时春触中毒火，而李如松也在四处督战之时，遭日军连段射击掀翻在地，李如松急忙躲避铁炮射击，率众换马继续督战。
在牡丹台，中朝联军集合攻打此处平壤北部要塞，日将松浦镇信领兵两千悍勇无比，两军先各恃火力，互有死伤，待间歇之际，明军突击转入近战。明将吴惟忠所领南兵尽皆戚家军嫡系所练就，吴惟忠本人在东南抗倭之时久随戚继光征战，后又随同北上练军，经验丰富。现与骆尚志、茅国器及戚金并称为南军四将。吴惟忠令全军大摆鸳鸯阵，此阵为戚继光所创立，于险要之地极为有效。鸳鸯阵以十一人为一队，以长牌、藤牌阻挡日军箭矢、刀枪，并以标枪、腰刀保护掩护后队前进，后队二人手持三米狼筅刺杀，再四人持长枪挺进，后二人手持镗钯警戒支援，各人分工明确，令行禁止，整体配合默契灵活，阵型多变，行动便捷，攻守兼备，南兵所携戚家刀更是针对日军的打刀、野太刀而制，加上南兵行军素养极高因而战力极强。
日军近战面对鸳鸯阵难以力敌，朝
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