1894年7月下旬，中日兩軍在朝鮮境內開戰。清軍在豐島海麵被日軍偷襲之後，很快被在陸上的成歡驛的日軍偷襲（成歡之戰），由於朝鮮政府已被日本控製，葉誌超、聶士成等部駐牙山的清軍被迫繞道漢城，北撤到朝鮮北部重鎮、平安道首府-平壤。毅軍以分統太原鎮總兵馬玉昆率五營一隊（約2100人），與河州鎮總兵衛汝貴盛軍以及奉天的奉字練軍、盛字練軍一起，構成了四大軍29營，13526人，於8月先期入朝，在平壤與從牙山退回的葉誌超、聶士成部彙合，朝廷命葉誌超為駐平壤各軍總統。截至8月下旬，清軍已在平壤城內城、中城、外城及東北城4區建好堡壘27處。
平壤之戰是雙方陸軍首次大規模作戰。駐守平壤的清軍共三十五營，一萬五千人；進攻平壤的日軍有一萬六千多人。雖然朝鮮政府被強行拉到日本陣營，但朝鮮的平安道觀察使閔丙奭積極協助清軍作戰，大院君李昰應也暗中給清軍傳遞情報。清軍並未充分利用這些優勢，由於其主帥葉誌超指揮失誤和臨陣脫逃，導致清軍失敗，以至於影響了整個戰局。
日軍分四路圍攻平壤，兵力分散，由於李鴻章“先定守局，再圖進取”的作戰方針以及清將葉誌超的膽小昏聵，左寶貴等人攻打日軍的行動不斷遭到葉誌超的阻撓，日軍遂順利完成了對平壤的包圍。1894年9月15日，戰鬥在三個戰場同時展開：其一為大同江南岸（船橋裏）戰場。其二為玄武門外戰場。其三為城西南戰場。在大同江南岸戰場，晨三時，日軍第九混成旅團在大島義昌少將的指揮下，首先向大同江南岸清軍發起進攻。清軍分兵抗拒，重創日軍第9旅團。日軍中、右兩隊司令官武田秀山中佐和西島助義中佐拚命督戰，攻陷了左右兩翼的堡壘，隨即遭到清軍的步炮協同夾擊，再遭重創，這一仗日軍遭受了重大傷亡，據《明治廿七八年日清戰史》公布的數字，“將校以下死者約一百四十名，傷者約二百九十名”。中隊長級大尉軍官被擊斃四名，少尉軍官被擊斃二名。第9混成旅團長大島義昌少將、第21聯隊長西島助義中佐、炮兵第5聯隊第3大隊長永田龜少佐均被擊傷。
玄武門為日軍的主攻方向，因此集中了優勢兵力，由立見尚文少將的第十旅團（又稱朔寧支隊）和佐藤正大佐的第十八聯隊（又稱元山支隊）擔任主攻。高州鎮總兵左寶貴登玄武門指揮，激戰中，左寶貴中炮犧牲，其部下三位營官先後陣亡，午後二時玄武門被日軍攻陷。日軍向城內推進，遭到清軍的奮力抵抗，隻得退守玄武門。
在城西南戰場，野津道貫親率日本第五師團本隊，於晨七時從平壤西南用炮火掩護步兵衝鋒，清軍馬隊進行反擊。至中午，野津道貫見難以得手，下令暫停攻擊，退回駐地。此時，軍總統（總指揮）葉誌超在戰局膠著的情況下，於午後四時樹白旗停止抵抗，並下令全軍撤退，日本便在清兵的退路上設下埋伏。當天雨夜，撤退的清軍中伏，陣腳大亂，死亡2000人，被俘500餘人。平壤之戰以清軍大敗告終。以後6天中，清軍狂奔五百裏，一路逃至鴨綠江邊，於21日渡鴨綠江回國。日軍一路高歌猛進，占領朝鮮全境。