由李如松率领的明军在攻下平壤后，欲乘胜追击日军，先遣副总兵查大受与朝鲜将领高彦伯领骑兵数百侦查开城至王京之间的道路，正月廿五侦查先锋在碧蹄馆（位于首尔西北部的京畿道高阳市德阳区的碧蹄洞）南方的砺石岭遇到日军前野长康、加藤光泰的侦察队数百名，一时之间，双方交战日方遭到重创。日方在损失约数百骑后败退，查大受则退往碧蹄馆。据史记载，体察使右议政兪泓驰启曰：“本月二十七日，李提督领兵发行，闻查副揔高彦伯，同往体探，适逢贼六七百名，斩获四百余级。

26日李如松得报后，以为日军如当地土民所说弃京城撤退，遂率领本部兵马骑兵3,000余人（一说2,000人，亦有仅带亲兵1,000人之说法）从开城疾驰引援。

孰料日军立花宗茂率先于其他日军，独自领3,200名军兵正在砺石岭埋伏，以部将森下钓云、十时但马侦查到明军查大受所部，小放几发铁炮后回报，便从清晨7时倾开始，起先仅以部将十时连久、内田统续、天野贞成（本名安田国继，讨取森兰丸之“明智三羽乌”之一。）率500兵为第一阵摆旗示弱引诱查大受来攻，十时连久投枪、拔刀奋战率队突击至北边的望客砚，但遭查大受约3,000兵力的包围，中箭（可能为李如梅所射之箭）撑到立花军第二阵小野镇幸、米多比镇久的800兵交替后身亡，不久立花宗茂与其弟高桥统增率本队2,000兵从左方奇袭明军右翼，查大受因此更往北边的碧蹄馆退军，此时宗茂率亲兵800追击，但部将池边永晟奋战战死，又查大受终于接应了驰援而来的李如松，此前哨战历经5小时，后立花军转往碧蹄馆西南边的小丸山布阵休息，接应小早川隆景等日军大部队军势于望客砚。

李如松得知先锋已经交战迅速展开为鹤翼之阵，于砺石岭北方的望客砚迎来查大受军势后于碧蹄馆重整军阵，此时近中午时分，突然20,000名日军先锋军如小早川隆景、毛利元康、小早川秀包、吉川广家等出现占领望客砚，后面还有日军本队20,000兵如宇喜多秀家、黑田长政进军。

由于碧蹄馆地形狭隘，又多泥泞水田，不利骑兵行动，于是李如松且战且退，往北方高阳市的出口惠阴岭，急忙传令中军主力急速进兵，虽然刚开战明军先锋击退小早川隆景的左翼先锋粟屋景雄3,000兵，但隆景右翼先锋井上景贞3000兵又反包夹明军先锋，但是战况仍是明军优势，一方日将立花宗茂领3,000兵从日军左方移动至明军右侧山上，见机先以部将立花成家率铁炮队三度射击后全军突击明军右翼，立花军中其中一位金甲武将（安东常久）与李如松单挑时，被李如梅射杀（部分史料前后解读可能金甲武将被误认为是井上景贞，但此役后他仍生还，于之后小早川秀秋为家督时代时回仕毛利家，后出奔。），而明军左翼也遭到毛利元康、小早川秀包、筑紫广门的突击，正面则是小早川隆景压制，明军顿时如同被包围的态势。此时李如柏、李宁、查大受、张世爵、方时辉、王问等明将皆各自持刀奋迅作战，其中李有声为护卫如松而遭到隆景部将井上景贞等日军击落肢解，如松的亲卫队此时战死约80余人，立花军中也有小野久八郎、小串成重、小野成幸战死，小早川秀包麾下先后也有八名家臣身亡，不久小早川隆景投入吉川广家、宇喜多秀家（实则为其重臣户川达安所率）、黑田长政的军势欲加包围，两军从午后交战6个小时至黄昏，然而明军终于等到左协大将副总兵杨元率援军到来，杨元奋勇冲破日军包围领军抢占如松右方阵地，并和李宁的炮营发炮轰击日军援护明军撤退，此时立花宗茂突出军势猛烈追击，一族之户次镇林在追击李如松时战死，日军小早川隆景因为明军援军的到来方始退军。（以上过程为参考、融合《明史u2027李如松传》[1]、《日本战史u2027朝鲜役》[2] 的说法。）

另外根据《征东实记》、《万历三大征考》等史书记载，李如松率轻骑解救出查大受军后，继续鼓勇急进，又从碧蹄馆向王京方向逼进了三十里，和王京数万日军对峙了三天，最后方从容撤退。

两军从午后交战6个小时至黄昏，据中国史记载明军伤亡2,500人，日军死亡则超过8,000人，另据朝鲜史载两军各死伤5、6百人，部分日史记载明军参战人数为20,000人，倭军斩首明军6,000人。满清编写者则说“诸营上军籍，死亡殆二万”云云，占了当时明军入援朝鲜参战兵力的一半。都远远高于朝鲜史的记载，根据朝鲜宣祖实录所记，明军投入战役人数当不超过5,000人，当日军望见明军步兵抵达后随即撤退，可见明军投入战场兵力并不多。而朝鲜《宣祖实录》记载，此役之后，明军大势依然，应可确信二万之死亡云云系虚说。 　战后日军并未追击，反而退返王京，显示日军并未完全控制战场，此役应该是胜负各半。但是李如松经此役后，因亲兵死伤甚重，加上明军北兵与南兵之争日烈，李如松以后就无意进取，先退开城，后又退往平壤。但终达到逼退日军从平壤南下于战略上的成功。

万历二十年（1592）十一月，明朝各路部队辽东会师，援朝军队组建完成，总兵力四万余人，宋应昌为经略，李如松为提督。部队分为三军，中军指挥官为副总兵杨元，左军指挥官为副总兵李如柏，右军指挥官为副总兵张世爵

右军张世爵，领亲兵一千五百。下辖本官并游击刘崇正领辽阳营并开原参将营马军一千五百三十四名，原副总兵祖承训领海州等处马军七百名，原副总兵孙守廉领沈阳等处马军七百零二名，原加衔副总兵查大受领宽佃等处马军五百九十名，蓟镇参将吴惟忠领南兵三千名，标下都司钱世祯领蓟镇马兵一千名，真定游击赵文明领马兵两千一百名，大同游击谷燧领马兵一千名，共一万零六百二十六名。

钦差统领浙江游击将军吴惟忠。号云峰。浙江金华府义乌县人。

副摠兵王必迪。

钦差统领昌平右营兵参将赵之牧。

钦差统领南北调兵涿州参将张应种。

钦差统领山西营原任参将陈邦哲。

钦差提督票下统领大同营兵游击将军谷燧。大同卫人。

钦差保定游击将军梁心。

其余听用将官。其类亦多。

平壤城东有大同、长庆二门，南有芦门、含毯二门，西有普通、七星二门，北有密台门，地形险要，易守难攻。城外有牡丹峰高耸，峰顶驻守日军2000人，与平壤日军形成犄角之势。日本小西行长的第一军共16000余人，配备了先进的火绳枪。提督李如松命令蓟镇游击吴惟忠与辽东副总兵查大受（原李成梁家丁）率军攻打牡丹峰，中军杨元、右军张世爵领兵进攻城西七星门；左军李如柏（李成梁子）、参将李芳春领兵进攻城西普通门；祖承训力攻城南芦门。一月八日晨，李如松命令各部队发炮攻城，日军依托城池拼死拒战，神机营副总兵骆尚志勇猛异常，攀梯攻上含毯门城楼，日军掷下巨石击中其腹部，依然奋战不止，身后浙江兵数人紧随上城。祖承训先以朝鲜军打头阵，进攻南城门，率部攻上城楼。张世爵用大炮撞碎城西七星门，李如柏攻破含毯门，杨元攻破普通门，各军乘胜争先，与日军展开巷战。游击将军吴惟忠在攻打牡丹峰时胸口中弹，仍然大呼督战，率部攻克峰顶。李如松坐骑被日军子弹击中，换马再战，战马堕于堑中，提缰跃出，继续前进，日军残部退入城内各处堡垒死守，明军以火攻焚其密窑土堡，半夜时分，小西行长率残兵逃出城去，李如松令李宁、祖承训、葛逢夏等半路截杀，斩获首级359级，生擒2人。总计斩获日军首级1250级，其中有倭将25名，生擒2名，并俘战马2985匹，救出朝鲜被虏男女1225人（朝鲜《大东野乘·再造藩邦志》）。日军被火烧死的不可计数，腥臭闻于十里，其余跳城溺水死者无算。钱一本编《万历邸钞》（万历二十一年癸巳卷）记载，平壤一战明军斩倭级一千五百有余，烧死六千有余，淹毙溺杀五千有余。平壤之战历时一天一夜，参战双方5万多人，仅牡丹峰一役，就全歼日军2000人。