对平壤的进攻，日军采取了“分进合击、四面包围”的战术。进攻兵力共分四路：由大岛义昌少将率混成第9旅团3600人自汉城出发到达大同江南岸，以牵制、吸引清军；第5师团本队5400人由师团长野津道贯中将率领，自汉城发兵进攻平壤西南面；由陆军少将立见尚文率领第10旅团2400人亦由汉城出发渡大同江绕攻平壤东北；元山支队4700人渡大同江进至平壤西北切断清军向义州的退路，并与第10旅团一起担当平壤北面的攻击。

　　从总体战役形势来看，可以说清军并不具劣势，甚至可以说是旗鼓相当。
　　第一，清军驻守平壤的总兵力计步、马、炮约15000人，拥有野炮4门、山炮28门、速射炮6门。日军参战部队16000余人。按照进攻部队一般要2-3倍于防守部队的原则，清军防御部队明显居于优势。
　　第二，平壤地势险要，易守难攻。
　　第三，清军贮存有足够全军一个月食用的军粮，弹药、武器都很充足。日军几路部队只有几天的给养，往来的告急电报中甚至出现“除粗米饭外，副食毫无，仅以一匙之盐，供数日之食”的字样。
　　第四，清军以逸待劳，日军劳师远征，长途奔袭1000公里，已成强弩之末。

　　第五，朝鲜官民也大力支持清军。清军入驻平壤后，朝鲜居民“箪食壶浆，馈遗不绝”，积极协助清军作战，连在汉城被日本扶持的大院君傀儡政府也暗中向清军传递情报。清军可谓占有人和之利。与清军相反的是，日军所到之处，朝鲜居民纷纷躲避，被强征的劳役也寻机逃跑，甚至还不断袭击行军中的日军。
　　面对日军的四面来袭，叶志超严令各军坚匿平壤，龟缩不出。日军则利用清军收缩的有利时机从容完成了对平壤城的包围。9月14日，平壤战役率先在城北打响。清军初战不利，退入城内。
　　仗还没真正打起来，叶志超已经是惊慌失措。当天晚上叶志超也不喝酒了，开始组织召开军事会议，会议一开始老叶就提议弃城逃跑。当时有赞成的，也有反对的。总兵左宝贵坚决反对逃跑，恳请叶志超“同心合力、共济时艰”。为了防止叶志超逃跑，会后左宝贵甚至派出亲兵暗中对之进行监视。
　　9月15日，为了便于就近指挥，明治天皇宣布将战时大本营从东京前移至广岛。

　　也就在这一天的清晨，日第一军按计划发动总攻。战役在三个方向同时展开，那就是大同江南岸战场、玄武门战场和城西南战场。
　　晨3时，日军第9混成旅团首先向大同江南岸清军发起进攻。清军分兵抗拒，重创日军。日军中、右两队司令官武田秀山中佐和西岛助义中佐拼命督战，攻陷了左右两翼的堡垒。但随即遭到清军的步炮协同夹击，毙命官兵140余人，伤290人，旅团长大岛义昌少将也被击伤。
　　玄武门为主攻方向，因此日军集中了优势兵力，由立见尚文少将的第10旅团和佐藤正大佐的元山支队担任主攻。晨8：30分牡丹台陷落。正在玄武门指挥作战的左宝贵见牡丹台失守，“知势已瓦解，志必死”。为表示誓与平壤共存亡的决心，左宝贵换上了御赐黄马褂，亲燃大炮连发36弹。混战中左宝贵身中两枪仍不退却，最后不幸中炮牺牲。午后14时，玄武门被日军攻陷。日军乘势向城内推进，遭到清军的奋力抵抗后只得退守玄武门。

　　在城西南战场，野津道贯亲率日本第7师团本队于晨7时从平壤西南用炮火掩护实施步兵冲锋，清军马队迅疾进行反击。战至中午，野津道贯见难以得手下令暂停攻击，退回原驻地。

　　午后14时，平壤三个战场的基本形势是：大同江南岸战场马玉昆所部毅军击退了日军的进攻，略占上风。西南战场胜负未分。只有城北玄武门失守，但日军尚未入城，战场处于僵持状态。对清军来说战事犹有可为。当时平壤开始下起大雨，日军冒雨露宿，处境极为困难。
　　但玄武门的失守以及左宝贵的阵亡使得清军主帅叶志超魂飞魄散。他立即与众将商议决定弃城逃走。众人之中除了马玉昆提出异议之外，其余皆赞成叶志超之议。下午16时，叶志超打出白旗表示停止抵抗。日军料定清军夜晚必北逃，便在清军可能经过的路线上预先设下伏兵。
　　9月15日夜8时，清军开始撤退。俗话说兵败如山倒，撤退的清军很快变成溃军，随后就一窝蜂地进入日军预先设定的伏击圈，遭日军枪炮袭击，死尸遍地，血流成渠。仅仅一夜之间，清军逃跑路上被击毙者达1500多人，另有683人被俘。清军被日军俘获的军火、弹药、粮食及其他各种物资不计其数。平壤日军本来只剩下两天的补给，叶志超的逃跑使得日军获得了足足一个月的粮草弹药。
　　9月16日晨，日军元山支队和第10旅团跃马而入平壤城，山呼天皇万岁。城中不仅已无清兵一兵一卒，当地朝鲜居民也纷纷逃散。
　　逃离平壤之后，叶志超的“跑跑”能力得到了尽情的发挥，马不停蹄一路狂奔五百里，过顺安、肃州、安州、义州等地均弃而不守。安州有清兵马步军八营可以接应，聂士成劝阻叶志超“安州地备险奥，可固守”，惊魂未定的叶志超根本听不进去，脚步不停直奔鸭绿江。21日，叶志超率残部“渡鸭绿江，入边始止焉”。到9月24日，驻朝清军全部退入中国境内。日军一路高歌猛进，完全控制了朝鲜半岛。

　　恬不知耻的叶志超竟然还向朝廷谎报“敌军有三四万之众，苦战五昼夜，弹尽粮绝，退出平壤”。清政府一度听信了叶志超的虚假战报，甚至还降旨慰勉。之后真实情形被揭露，清廷震怒，11月21日下令将“叶志超先行革职，以肃军纪”。1995年2月18日，叶志超被判斩监候，秋后处决。后赦归家乡，1899年病死，——死不足惜。
　　一跑牙山，二跑平壤。按道理老酒（笔者自称，下同）“十大跑跑排行榜”应该赏给叶志超一个位置，但甲午战争发生的年代早了一点，加之名额有限，宝贵的位置不能给你，请老叶原谅则个。
　　清军另一年近60的老将卫汝贵以“临敌退缩，以致全军溃败，克扣军饷，纵兵抢掠”的罪名被处斩于北京菜市口。日军曾经缴获了卫汝贵的一封家信，信里卫汝贵的老婆说：你从小打仗，现在官也不小了。咱家里钱也不少，你年龄大，要注意保护自己，遇到打仗别往前边去。后来这封信的内容被作为反面教材写入了日本的教科书。
　　在平壤战役中壮烈殉国的回族将领左宝贵被光绪帝追赠太子少保衔，赐谥号“忠壮”。
　　9月16日，日本明治天皇赐谕嘉奖平壤大捷。日第一军继续向前推进，前面就是鸭绿江，江对面就是大清国的国土。
　　当年踌躇满志的枭雄丰臣秀吉梦断于此，这次的日本人可不想就此打住。