第三队黑田长政，第四队宇喜多秀家，第五队吉川广家，第六队毛利元康、小早川秀包，第七队小早川隆景，全军于凌晨抵达幸州山城西北部约五里处的平原上。
清晨，日军因幸州山城道路狭窄，以各部次序轮番进攻，朝鲜军以处英部僧军专守外栅以枪剑戳刺，正规军依托石垣协防，居高临下以弓箭、石块反击攻城日军，并杂以大小胜字铳筒，及震天雷、纸神砲、大中发火等火器。
日军顶着守军火力轮番进攻，并曾试图以火攻烧毁木栅，但被守军用水扑灭。日方战死者“相继曳出，而犹进不退”，一共反复冲锋达八、九次之多。
中途吉川广家、毛利元康及宇喜多秀家部将户川达安三队一度突破外城僧兵防守区域，抵达权栗部防守的石垣重城。眼见日军势大，僧军只得向内城退却。
权栗见情况紧急，亲自拔剑，斩杀后退僧军数人，终于重新迫退日军，再立外围城栅。从清晨一直打到傍晚，日军伤亡较大，宇喜多秀家、吉川广家、石田三成、前野长康等均已负伤，而朝鲜军队火药箭矢也已用尽。
忠淸兵使丁杰运来二船箭矢，从海面入城，全罗道也有漕船四十余只，在阳川浦口活动，如此则日军为防止有大队援军前来夹击，于当晚退回汉阳。
然而周边不远处的朝鲜将领无论在战时、战后均未有一兵一卒援军前来，反而攻城日军中有大量原朝鲜军人——“上曰：贼所射，有我国箭乎？景禧曰：多中片箭者，贼中必有我国之人，投入助战也。”
为防日军次日再次进攻，自知无力抵御的权栗便将幸州山城焚毁，并将日军遗弃的尸体肢解以泄愤，然后全军退向坡州。此即为幸州山城之战，也是权栗的成名战。
回头再看，其实幸州山城之战与碧蹄馆之战一样，都可以看做是规划中的汉阳之战里的前期准备，两次作战的战场距离汉阳均为三日本里。
碧蹄馆之战是明军在断粮前夕的最后一次努力失败，最终未能穿越砺石岘，而幸州山城之战是朝鲜军战后弃城而走，两军事实上均未能在汉阳近郊建立稳固的前哨阵地。
当然，日军在此战中暴露了其缺乏攻坚的能力以及重火力上的贫弱；而朝鲜军队在焚城而退的所谓大捷中，则再次暴露了其军队的混乱，各