這些朝鮮老百姓在城中是累贅，還浪費口糧，所以幹脆將他們全部趕走。現在，明軍在平壤城外顯眼的位置豎了一麵白旗，上書“朝鮮軍民自投旗下者免死”，對於尚且還在附近的朝鮮人來說，這是最後的逃生機會。
翌日，戰鬥打響，李如鬆第一個要拿下的就是城北牡丹峰。這牡丹峰之上有一座城牆環繞的永明寺，如今被小西行長麾下的鬆浦鎮信帶領一千兵力占領，建立了一個穩固的要塞。要打平壤城，就得先拿下這個永明寺。
李如鬆派出的攻打牡丹峰的主力部隊是休靜大師率領的僧兵，因為休靜的僧兵和朝鮮兵比明軍有更多的山地作戰經驗，且他們有攻打占領自己家園的敵人所必須的愛國心和意誌力。此外為了配合僧兵作戰，李如鬆派遣了查大受麾下的騎兵一千在山腳下來回奔襲包圍，絞殺逃脫而下的敵人。
休靜的僧兵沒有讓李如鬆失望，憋著一股氣的僧兵與敵方交戰兩個晝夜，付出了損失六百人的代價，成功攻破了牡丹峰永明寺，殲滅敵人大部。山腳下的查大受騎兵和後續趕來支援的吳惟忠部的步兵徹底打破了鬆浦鎮信的自信心，他不得不率領殘兵逃回了平壤城內。查大受部和吳惟忠部試圖攔截，但因對方跑得太快，一時反應不及，最後也不曾窮追不舍。
拿下牡丹峰後，大規模攻打平壤城的行動終於正式開始。就在攻打牡丹峰的這兩日，明軍主力部隊也沒有閑著，他們冒著城頭上敵人不斷擊發的炮火幹擾，開始填補城牆之前埋設的坑道陷阱，排除障礙物。明軍攜帶來的大炮轟擊，也使得倭軍布置的防禦工事瞬間化為無形。城牆之上擊發的鐵炮雖然造成了一定的幹擾，但在加厚鐵盾的護持之下，修補工事依舊順利完成了。而城中的倭軍為了節省炮彈，也無法時刻攻擊，不得不放任明軍填補工事。
臘月十五日清晨，李如鬆焚香求簽，希望接下來的戰事對己方有利。這一日雲開日明，伴隨著進攻的號角聲，明軍向著平壤城北、西、南三麵的城門同時發起攻城。諸軍鱗次漸進，馬蹄踩碎路麵上的冰，揚起碎花冰晶，又如薄霧浮升入半空之中，在陽光下閃閃發光。快靠近城牆時，他們看到了倭軍沿著城頭站成一排，嚴陣以待。他們在城牆之上插了很多彩旗，將長\/槍大刀綁在一起，槍尖刀刃對外，作為守城之策。這看上去像是黔驢技窮之後的虛張聲勢，不禁讓明軍暗自發笑。
明軍繞著城牆徐徐展開隊勢，楊元的中軍負責攻城北，張世爵的右軍負責攻城西，李如柏的左軍負責攻東南，李鎰與金應瑞的朝鮮軍隊負責攻西南。隻有東牆緊挨著大同江，成為了倭軍唯一的不歸路。
在一聲轟然的炮火聲中，所有部隊在震天的呐喊聲中開始攻城。明軍和朝鮮軍中大批的弓箭手向城內發射點燃了的火箭，密密麻麻的箭矢輕鬆越過城牆，如同漫天流星一般打入平壤城中，並迅速引燃了城內的蓬草屋頂、木質建築。大炮轟擊城門，砰然的震動聲響不斷回蕩在整個戰場之上。隻可惜炮火精度太低，一時半會兒隻能作為攻城的助攻，若不慎發炮，甚至有可能擊中自己方的軍隊。
在炮火的掩護之下，士兵們抬著攻城器械衝向城牆，迅速搭建起雲梯。緊接著，他們冒著鉛彈、箭矢和上方砸下來的石塊，前赴後繼地攀梯而上，最後還要翻過城牆上方密布的槍尖刀刃，雖然極為困難，但這些戰士們看上去卻像是殺紅了眼一般，前仆後繼，連綿不絕。
倭軍不曾見到過這樣猛烈的攻勢，為了保命更是激發出了歇斯底裏的勇氣和力量，拚了命地阻擋聯軍的進攻。開始攻城後一個時辰，聯軍進攻的勢頭逐漸減弱，傷亡也開始激增。坐鎮中軍指揮的李如鬆見戰況有變，即刻縱馬上前，抓住一名試圖逃跑的明軍士兵，將其斬首，首級傳閱各個攻城點，同時發出懸賞令：“先登城者，賞銀五千兩！”
在賞金的激勵之下，聯軍再度組織起攻勢。一馬當先的明軍將領吳惟忠不幸胸口中彈，其副將的腳被石塊砸傷。但是攻城部隊沒有動搖，在一番艱苦的登城拉鋸戰中，明軍終於找到了突破口，少數幾個士兵頑強地攀爬到了城牆之上，與倭軍展開白刃戰，並占據了立足點。後續的明軍利用這個突破口迅速跟進，大批湧上城頭。幾乎與此同時，火炮不停轟擊的七星門終於洞開，城門塔樓被轟塌，明軍和朝鮮軍隊一擁而入。