7月29日淩晨，敵軍果然來襲。其先頭部隊利用夜色掩護，開始通過安城河。按照事先的計劃，聶軍蟄伏不動。當敵軍渡河至一半時，聶軍發起突襲，埋伏在叢林中的部隊打起排槍，駐紮山頂的炮隊也頻頻發炮。日軍紛紛倒斃，慌忙中向後退去，因橋小人多，相互擁擠，溺水而亡者甚眾。聶軍乘勢發起攻擊。日軍陣形大亂，四散奔逃，退卻中有的陷入沼澤，有的迷了路。聶軍越戰越勇。戰鬥中，日軍第一梯隊指揮官鬆崎直臣大尉當場斃命，第一小隊長山田四郎少尉也身負重傷。為了阻截聶軍追擊，日軍邊退邊設下地雷。聶軍追擊中誤踩旱雷，傷亡較重。考慮到我軍人數少，不宜窮追，聶士成遂下令停止追擊。[402]
安城渡之戰，聶軍小有斬獲。雖是小勝，但聶士成怎麼也不會想到，這將是清軍在朝鮮打的唯一勝仗。此後，清軍一敗再敗，簡直慘不忍睹。
天亮時分，日軍大隊趕到，分兩路向聶軍發起攻擊。他們利用猛烈的炮火和人多勢眾，強行通過安城渡，並向成歡一帶發起猛攻。聶軍奮勇還擊，雙方開槍互射。槍炮轟鳴，喊殺震天。起初，架在山頂的聶軍炮隊頻頻得手，殲敵甚多，可日軍采取迂回戰術，翻山越嶺，分道包抄。由於敵眾我寡，聶軍很快處於劣勢。據聶士成回憶說：“我軍人自為戰，莫不一以當十。自寅至辰，槍炮聲不絕，死傷積野，血流成渠，而敵愈聚愈眾，布滿山穀。”[403]盡管情勢十分不利，但聶軍依然鬥誌高昂，血戰不退。聶士成則冒著槍林彈雨，來回指揮。隨著日軍不斷增多，聶軍在月峰山、牛歇山等陣地相繼失守，兩路日軍從左翼、右翼兩側向聶軍大營發起夾攻。形勢越發危急，而聶軍彈藥這時也快告罄，無奈之下，聶士成隻得下令突圍。
此後，部隊一路退往公州。按計劃將在那裏與葉部會合，可途經江滸時，聶士成發現葉部正在渡河，不禁頗感驚訝。這時，葉誌超騎馬過來，聶便上前詢問。葉誌超說：“公州不可守，不如繞道至平壤，會合大軍，再圖進取。”他讓聶士成收拾殘部，隨後跟進，說完便拍馬而去。
聶士成對於葉誌超的決定很不滿意，而且，他不等自己撤至公州，就先行渡河，這也讓他心中不快。但作為下屬，他隻能服從。
8月28日，在牙山之戰一個多月後，聶士成率部馳奔數千裏，繞道朝鮮東海岸，先後渡過漢江、大同江，行程兩千餘裏，最後到達平壤。此時，國內增援部隊已陸續趕到，聶士成信心大增，心中頗感樂觀。他在當天的日記中寫道，抵達平壤約在下午三四點鍾，與各部將領相見，“殷勤慰勞，談笑甚歡”。[404]