董一元很守信，十月初一天一亮，就下令發起總攻。
明軍攻城部署是這樣的：茅國器三千、彭信古三千、葉邦榮一千五百，三支步兵攻新寨正門。
馬呈文一千騎兵、藍方威三千步兵攻新寨東北水門。
郝三聘一千騎兵、師道立三千步兵攻新寨南水門。
步兵一支守老營。
茅國器、葉邦榮自卯時一直苦戰到巳時，明軍冒著日本人的箭石丸雨，發起了一次又一次的進攻。島津義弘、島津忠恒父子登上木樓督戰，由於明軍攻勢淩厲，戰況緊急，島津義弘不得不親自發銃射擊衝上城牆的明軍。
隨後，馬呈文、藍方威也展開了對東北水門的攻擊，雙方互射箭銃。新寨城外，明軍勇猛前衝，戰馬四處奔竄，炮矢空中亂舞。酣戰幾個時辰，敵我雙方陷入混戰，殺喊聲此起彼伏。
彭信古在茅國器、葉邦榮的掩護下，下令部下用火橫狠狠撞擊寨門。自辰至未，經過四個時辰地沒命撞擊，終於打碎城垛數處，步兵競先上前拔除木柵。而這時，茅國器、葉邦榮也用大將軍木栱打破城門一扇。
於是新寨城下，一片歡呼雀躍，明軍爭先恐後，奪門而入。
董一元在遠處觀戰，眼看就要攻進城去，不禁大喜。
城內的日本人立即緊張起來，形勢危若累卵。島津義弘得出了一個教訓：“寡兵永遠難保孤城。”圍地則謀，死地則戰。島津義弘狠下心來，決定來個絕地反擊，下令：“殺出城去，與明軍一決勝負。”
日本人準備大開城門，衝殺出去。忽然間有紅、白兩隻狐狸，從城頭竄入戰場，島津義弘在木樓櫓上看見，一陣興奮：“這是戰勝之祥兆！”再看那兩隻狐狸，一隻被打死，另一隻不知去向。
眼見新寨危在旦夕，意外突然出現。明軍彭信古陣中爆發幾聲巨響，震耳欲聾。
原來彭信古所部三千人除了一小隊黑人外，全部是強拉的北京城內的無賴、遊民入伍。不但紀律鬆弛，訓練無方，更要命的是不會使用火器。在這節骨眼上，他們手忙腳亂，操作失誤，木炮起火爆炸，引爆陣中的彈藥，火光衝起，煙焰騰空，熏黑了半邊天。
攻城的明軍驚愕相顧，人馬自相蹂躪，陣腳馬上大亂。島津義弘猶如豐臣秀吉的魂靈附體，竟然得以驚天大逆轉，反敗為勝，神奇地逃過一劫。
島津義弘見機不可失，急忙率部兵分三路，衝殺出去。島津忠恒及部將伊勢貞昌、平田宗位床並佐助(名字好長)等從右路出擊；島津義弘及部將新納忠增、川上忠兄等從中路追擊；種子島久時、伊集院忠真、北鄉三久等從右路追殺。彭信古的無賴隊伍在京城動動手腳打群架，很是亡命，但真正上了戰場，見到日本人揮著大刀，又亂發銃，惡狠狠地殺來，無不哭爹叫娘，四處逃散，幾乎被日軍全殲。
郝三聘的騎兵正跟日本人對射，見彭信古敗走，也作鳥獸散，逃得無影無蹤。馬呈文的騎兵更是望風而潰。那些跑得慢的步兵很快死於馬下，新寨城下亂成一團。
島津忠恒發瘋似的直衝向前，董一元見勢不妙，慌忙組織士卒反擊。明軍從高地上馳騁而下，有三名騎兵直衝島津忠恒而來。島津忠恒斬落其中一個騎兵，另外兩個還是死命前衝，島津忠恒的部下平田宗位床並佐助迎上去，把他們趕走。
茅國器、葉邦榮見日本人傾巢而出追擊明軍，城內空虛，準備偷襲。留守的島津忠長手下兵不多，島津忠長說：“我兵逐北，無法相援，而此地濱臨大海，以寡敵眾，是我死所也。”於是下令跳下戰馬，與明軍短兵相接，展開激烈的肉搏戰。
寺山久兼說：“敵人陣後肯定有挑擔、運輸的士卒，可以試攻。”就分出一小隊，向明軍陣後的勤雜人員射擊。寺山久兼的計謀很快收到奇效，明軍呼天搶地，亂成一鍋粥。島津忠長乘機奮戰，茅國器、葉邦榮見戰機已失，隻好撤還。
藍方威駐兵於十裏之外斷後，見敵眾我寡，也隻得退走。董一元成了孤家寡人，兵敗如山倒，潰散的明軍如脫韁的野馬，攔也攔不住。這時，所有的明軍將士都在做一件相同的事：逃命。慌不擇路，自相踐踏，墮崖落阱，不可勝數。
據史書記載，董一元中路軍的大潰敗真是慘不忍睹：
此時忍餒扶傷，天寒日暮，晝伏夜行，盤桓萬山中，奔走一二百裏。哭聲震野，接殞道路者，又數百人。(諸葛元聲《兩朝平攘錄》)
(天兵)蒼黃奔救，倭賊望見開門，突出放炮，天兵退遁，致死者，幾七千餘人，軍糧二千餘石，亦不為衝火而退。伏屍盈野，兵糧、器械狼藉於百三十裏地。(《朝鮮李朝宣祖實錄》)