至於成敗得失，不遑計較。”
雖然葉志超貪生怕死，但是左寶貴此言一出，要是再反對就是說自己不報效國家了，因此雖然心中惱怒，但是也只能開始備戰。
陸軍如此德性，海軍也好不到哪去，豐島一戰，海軍損失濟遠、廣乙、操江三艦，知道倭人船堅炮利的北洋水師開始消極避戰，用丁汝昌的話說就是：“我軍精銳艦隻，不可稍有疏失，輕於一擲。”
因此日本人至少在這段時間內掌握了黃海的制海權，可以透過海陸源源不斷的投送兵力。
雖然擊沉了濟遠號，但是北洋水師主力尚在，因此日本人還不敢按照原本計劃中控制制海權後直接在渤海灣登陸，然後和清軍在直隸決戰的方陣來執行，因此改變策略，決定先吃掉平壤的清軍。
為了攻克平壤，日本組建了第一軍，而指揮官就是每天鬧著要親自上前線的山縣有朋。9月初，日軍分四路北上前往平壤。
此時清軍依託平壤建立防禦，雖然浪費了大量時間，但是十餘日的備戰，還是在大同江北岸，平壤城周圍建立了防線和堡壘，在他們看來雖然建設倉促，但是這些防線依然足以對抗日軍了。
戰爭一開始也的確和清軍所料想的差不多，依託工事打防禦戰的清軍確實給日軍帶來了巨大的損傷。
9月15日凌晨，日軍開始攻擊，戰鬥分別在大同江南岸、城北牡丹臺和玄武門以及城西同時展開。
由大島義昌率領的第九旅團進攻大同江南岸，凌晨3時，第九旅團渡過水灣橋，直逼船橋裡的清軍橋頭堡。依託防禦的清軍還擊給日軍造成了可觀的傷亡，不過在武田秀山的帶領下，日軍奮力進攻，攻下了橋頭堡第一壘。
大島義昌隨下令乘勝進攻第二壘，此時天已經亮了，清軍裝備的德制gew。81雖然是黑。火藥步槍，但是5發彈倉提供的連續火力遠勝日軍裝備的村田18式單發步槍。
進攻中的日軍被困在清軍防線前的開闊地上，完全暴露在清軍槍口之下，之後日本方面的記載說： ；“頻頻發射的連發槍的子彈掠過樹枝頭，恰如疾風掃落葉一般”。
在馬玉琨和衛汝貴指揮下，清軍利用裝備優勢擋住了日軍的進攻，橋頭堡始終沒有被攻下。至下午2時40分鏖戰長達10小時，大島義昌只能停止進攻，退回水灣橋。
但是日軍其他三路的進攻則要順利得多，也許依託防禦的確可以有效的殺傷步槍落後的日軍步兵，但是臨時修建的工事到底是臨時修建的，面對日軍拉上來的火炮發射的高爆榴彈則顯得不堪一擊。
大島義昌在大同江南岸激戰之際，佐藤正率領的第五旅團混成聯隊在北漢山頂上安置了12門火炮。5時正，佐藤正下令向平壤城北開炮。立見尚文率領的第十旅團聽到第五旅團炮擊，乘機從東面逼近平壤城北的清軍工事，結果遭到了城北守將左寶貴率領的清軍不到3000人的堅決抵抗。
立見尚文見堡壘難以攻克，於是命令炮兵在距堡壘800米的丘陵上安置野戰炮，對堡壘進行炮擊。隨著流彈的轟擊，清軍工事接連被毀，至上午8時，在平壤城北只剩下牡丹臺這個堡壘了。
隨後第五旅團和第十旅團合兵一處，全力進攻牡丹臺，經過一場惡戰，上午8時30分日軍衝上了牡丹臺，並將炮兵轉移到牡丹臺，對玄武門及全城進行炮擊。在炮兵的掩護下，日軍開始向玄武門發動攻擊，下午2時，日軍攻佔玄武門。在激戰中，清軍將領左寶貴受槍傷，仍指揮抵禦，最後前胸中彈身亡。