但是，城外的聯軍已經對故館形成包圍。聯軍火銃火炮噴出一團團憤怒的烈焰，聲震於天，隨之神機箭雨點般落在城內。戰況異常慘烈，日本人漸漸不支，扔下成堆成堆的屍體。
董一元料準時機，將洙紮洞的預備隊投入戰鬥。他們沿著大道銜枚而進，偷襲泗川故館西南城隅。死傷累累的日本人腹背受敵，隻得與聯軍將士短兵相接，展開猛烈的肉搏戰。
守軍副將相良賴豐身穿錦袍金鎧，騎在馬上，沒命地撲向明軍。遊擊方時新抽出箭矢，狠狠地射去。相良賴豐來不及躲閃，被射中側臉。方時新騎馬飛了過去，隻聽見哢嚓一聲，相良賴豐人頭落地。但是明軍遊擊盧得功衝殺過猛，也被一顆鐵丸擊中，墜馬身亡。
聯軍將士越戰越勇，日本人很快屍首盈城。鏖戰到日落時分，董一元見占了便宜，下令鳴金收兵。
沉寂了一夜，天又漸漸蒙亮，川上忠實率殘部三四百人棄城向東北方向逃竄。明軍緊緊尾追，重重包圍。
故館酣戰之時，新寨內有人建議島津義弘派兵營救。島津義弘說：“棄泗州兵，我也於心不忍，但是敵人大軍尾追敗兵之後，新寨也將不保。還是各守其營，不要輕易出戰。”於是，新寨的日本人眼睜睜看著自己的同胞一個個喪生於明軍刀槍之下。
島津義弘的家臣伊勢貞昌實在不忍心目睹城外的慘狀，帶上一小隊人馬衝出城去。正遇上身中刀箭傷三十六處、奄奄一息的川上忠實，還有一百五十多個渾身是血、疲憊不堪的潰兵，於是一同退入新寨城中，曆時三天的泗川故館之戰至此宣告結束。
是役，明軍陣斬首級一百三十，實則斃敵一千八百餘人。其戰果之豐，過程之慘，為第二次東征所少見，也是邢玠秋季大反攻最成功的一次殲滅戰。戰後的泗川故館，日本人屍首堆積如山，槍械遺棄遍地。其中有一具身穿錦衣的，投降的日本人告訴明軍：“這人就是泗川副將相良賴豐！”
對於這次慘敗，日本人卻諱莫如深。川口長孺的《征韓偉略》和日本參謀本部編纂的《日本戰史·朝鮮役》中片麵引用了《朝鮮李朝實錄》的零星數字，說成故館守軍四百人，損失二百五十人，妄圖把明軍的輝煌戰績一筆勾銷。
曆史真相難以遮掩，如果守軍真的隻有四百多人，殺雞焉用牛刀，明軍就沒有必要投入六千之多參戰。諸葛元聲在《兩朝平攘錄》如此記載：“城內尚有數千倭倉皇出戰，我兵衝擊斬級幾百。”明軍一般是集中三倍於敵的兵力投入攻堅戰，再對比參照《日本戰史·朝鮮役》的記載，泗川舊館的日本守軍不會少於兩千人。
當然明軍也付出重大犧牲，並有兩員大將陣亡：參將李寧和遊擊盧得功。
是日，有一隊日本人出外割刈禾苗，明軍突然殺到，放火焚燒東陽倉的日軍糧倉，兩天兩夜焰火不息。但是故館之戰讓日本人心驚膽戰，再也沒有人敢出救。
6.崩潰，又見崩潰
故館大捷之後，泗川新寨成了一座孤城。九月三十日，明軍將領共議攻取新寨。
茅國器說：“我軍雖然連破數寨，但是擒斬並不多。敵人都撤回大營，必然竭力把守，我軍攻打，未必能下。而且各寨救援即至，非萬全之策。不如先攻固城，新寨之敵銳氣方挫，定然不敢來救。而且固城城小，敵人兵少，固城一下，新寨援絕，然後相機而進，似為全策。”
董一元前有望津寨之捷，後有故館大捷，輕敵的老毛病複發：“本鎮看新寨倭賊也不會很多，取固城易如反掌。今天先攻新寨。此寨一破，固城之倭不戰自潰。”
遊擊彭信古煽風助興：“彭某曾親自去新寨探視過，城中煙火不多，可取。”
彭信古，字叔篯，號龍陽，湖北麻縣人，明朝萬曆時期麻縣著名的“三彭”之一。彭信古勇猛多力，帳下又有一支非洲黑人部隊，瞳孔蠟黃，麵孔漆黑，四肢手足，通身漆黑。能長時間潛伏於海底，生吃魚蟹，鑿穿敵船，可謂神通廣大。第二次東征時，彭信古隨其父副總兵彭友德入朝征戰，由於先前從未跟日本人交過手，所以也很輕敵。
董一元拒絕了茅國器的建議。
當然，董一元的做法是島津義弘最希望看到的。
島津義弘對部下說：“敵人火燒望津，似乎是得手了。但他們渡河之後，破襲永春、昆陽大營，輕兵屢屢前來新寨挑戰，以察看我軍虛實，然後決戰。敵人能做的，隻有那麼一點了。焚燒永春、昆陽，失其所據，反而讓敵人行宿不便，暴師野外，敵人實在無謀。如果他們一定來戰，那就是白白送死。”
島津義弘無愧於“鬼島津”的稱號，既知彼又知己，董一元未戰先敗。
島津義弘很快就收到董一元的挑戰書：“明日初一，董、茅二將率十萬騎兵，將攻新寨，以使告知。”麵對著這麼一個有勇無謀的對手，島津義弘反而若有所失。明天的戰鬥，結果早已沒有懸念。