8月9日中午時分，日軍首先抵達了豐台大營周圍的長辛店，由於9日的雨水小了許多，氣候清涼，第五師團長山口素臣隨即下令向豐台大營發起進攻。
馬玉昆得到了曹躍的死命令，除非你的六萬大軍（一萬武衛左軍，五萬義和團士兵）全都死在這裏，否則不允許丟掉豐台大營。子彈沒了，用弓箭，弓箭沒了，用樸刀，野戰不行就巷戰，總之我給了你五萬義和團改編的援軍，你就給我像是鋼釘一樣死死地釘在這裏。
馬玉昆雖然大罵曹躍心眼太壞，但卻毫不猶豫地帶領士兵在豐台大營與日軍進行戰鬥。
雙方的戰鬥從中午一直持續到了晚上，雙方在第一天的接觸戰鬥之後，赫然發現死傷慘重。日軍甚至采用自殺式的衝鋒險些進入豐台軍營裏麵，但是隨即在於清軍的肉搏戰之中被消耗不少。曹躍支援給馬玉昆的五萬義和團戰士雖然熱兵器不會用，可是冷兵器仗著人多還是能夠消耗對手的。
戰爭打的就是人命，消耗的也是人命，精力旺盛的義和團士兵與日軍死死地纏鬥在一起，讓日本人賴以生存的自殺式衝鋒遇到了對手。
論人命貴賤，被宗教和愛國熱忱洗腦的義和團戰士會毫不猶豫地選擇放棄生命，保衛大清。
馬玉昆方麵，一個下午的時間，1676人陣亡，2267人受傷。
日軍第五師團方麵，一個下午的戰鬥，876人陣亡（或失蹤），654人受傷。
看似日本人占了便宜，實際上日本人經不起這種消耗，日本強攻豐台大營的進攻失敗，以至於日本人士氣大跌。
晚上，馬玉昆派遣武衛左軍騎兵部隊襲擊日軍，但遭到日本人的伏擊，折損201人後撤回到豐台大營。
日本人也開始總結，白天的傷亡多半擊中在衝鋒和日人的肉搏上了，日本人一個步兵中隊衝上去，中國人那邊居然派出了兩千多手持長槍樸刀甚至流星錘巨斧的純肉搏戰士，經過抓捕的俘虜供述，這些人都是義和團的精銳，總計五萬多人，被曹躍派來協助守城。由於這些人隻會肉搏，所以他們並不害怕日本人的死亡衝鋒。
山口素臣大跌眼鏡，自己最擅長的進攻居然也是敵人最不怕的一點，衝雙方對比上看來，日本人並沒有占據太大的優勢，日軍需要改變一下戰鬥方式了。
8月10日，日軍再一次向豐台大營發起進攻，並且向豐台大營發射了毒氣彈。
由於提前得到了曹躍從京師發來的警告和提示，馬玉昆所部並沒有受到太大的損失，他為了麻痹敵人，假意豐台大營承受不住損失崩潰逃走，並派遣了幾千人抬著傷員撤回北京城。
日本人誤以為馬玉昆戰敗撤走，立即向豐台大營發起進攻，在距離豐台大營的圍欄不到二十米的時候，馬玉昆的騎兵突然出現，衝向了日本人，身後一萬多義和團戰士手持冷兵器跳出圍牆後和柵欄之後，衝向了日本士兵。
中國守軍的突然反擊讓第五師團有一些慌亂，但日本人並沒有崩潰，而是就地堅決地反擊，大概兩千多日本士兵與中國守軍混戰在一起。
日本第五師團師團長山口素臣忍痛下令炮擊，隔絕雙方，甚至下令重機槍對交戰雙方進行掃射，避免被對方衝到自己陣地上。
一發發子彈打在中日雙方士兵身上，山口素臣閉著眼睛流淚，默默地說道：“你們都是忠於天皇陛下的好戰士，你們的靈魂會最終回到靖國神社。”
8月10日的血戰，導致日本士兵陣亡高達1876人，而中國守軍方麵損失更加慘重，日本人不顧敵我的炮擊和肉搏戰使得守軍死亡達到4687人，其中236人是武衛左軍的騎兵，654人是武衛左軍的步兵，其餘人全部是義和團的戰士。馬玉昆氣得咬牙切齒，而中國士兵的陣亡沒有讓他們退縮，反而激起了守軍更大的怒火。
日本第五師團傷亡慘重，士氣更加低落，不得不采用常規戰鬥方式與中國方麵周旋。但是常規戰鬥方式也意味著日本人不能一鼓作氣攻克豐台大營，可日本軍隊的後勤卻麵臨著重重壓力。山口素臣開始猶豫，是否要立即撤軍，他向天津派遣了一支部隊，希望輜重團快一點到來。