李如松擺手示意安靜，語氣並不如何緊張，平靜地道：“楊元、如柏趕來之前誰也不能戰死，此次遼東精銳已經損失太多，爾等各守本職，萬不可自亂陣腳。重申一次，接下來我軍要做的就是先破敵鋒芒，再向北退卻，一切聽我號令。”衆將領命。
此時黑田長政、石田三成、增田長盛、大谷吉繼已先行趕到，所領一萬兵力正陸續跟進。日軍也召開了緊急會議，石田三成道：“此處地形狹窄，不利大戰，明軍新到增援士氣大增，竟與立花隊僵持不下，面對逐步合圍也不落下風。依我之見，不如暫時撤退，避其鋒芒，另擇戰場。”對此，增田長盛、大谷吉繼、黑田長政也表示贊同。
然而小早川隆景斷然拒絕，道：“明軍孤軍深入被我合圍，主將李如松命在旦夕，明軍雖然悍勇，我軍又受地形牽絆，但眼下正是決勝之時，若於此時緊急撤軍，必會造成我軍混亂不堪，屆時明軍若是追擊，則我軍進退不能，必將慘敗！
諸君，數萬軍力不能戰勝區區數千明軍，這般戰績傳回日本，漫說太閣殿下如何看待，便是民衆也必將恥笑！今日之戰，我軍只能全力向前，斬下李如松首級！冠以武士之名者，儘可隨我出陣殺敵！”
這番話一出口，其他說辭都變得無力了，衆將無論認可還是懷疑，都只能表示願隨一戰。
於是小早川隆景令小早川秀包、毛利元康、筑紫廣門率五千人從東側山上包抄明軍左翼，令立花宗茂從西側山上包抄明軍右翼，他自己親領中軍主攻，而吉川廣家、黑田軍、石田軍等居後，作爲總預備隊待命。
巳時六刻，小早川隆景令麾下大將慄屋景雄、井上景貞各領三千嚮明軍逼近。待日軍發起衝鋒之時，慄屋景雄所部便遭明軍三、四號炮及弓弩打擊，還有許多本爲“清庫存”帶來的神機箭之類，也都跟不要錢似的招呼上去。日軍哪見過如此“花哨”且“熱烈”的陣勢，一時間就被打得隊形大亂。
明軍原本幾乎都是精銳騎兵，本就不耐固守作戰，見有機會出現，立刻躍陣而出發動反擊。慄屋景雄奮戰不退，但所部很快不支，井上景貞正欲支援，小早川家臣佐世正勝勸道：“慄屋隊很快便會後退，此時向前救援不如退至坡上，待敵軍追擊慄屋隊之時，我軍再猛衝側翼，定能獲勝。”景貞依計而行。
果然，等慄屋隊敗退而明軍騎兵追擊之時，井上立刻率隊呼喊殺出，慄屋景雄也回身反擊，兩方混戰一團。
此時大谷吉繼也自領本隊趕來增援，大谷吉繼身先士卒指揮突擊，其近臣勸諫道：“明軍鐵炮威力巨大，此處彈丸橫飛，極爲危險，若被擊中難保性命，請殿下在後陣指揮！”
大谷吉繼一把推開，道：“生死有命，如果註定終結我性命的彈丸不在今日戰場，即便彈如雨下又有何所懼。”隨後大谷吉繼便繼續率領本隊突進。
此時明軍也逐漸出現麻煩，主要在於火器的補給，由於一開始是騎兵偵查的性質，了不起算是火力偵察，因此攜帶的火藥、火炮都不是特別充足，如今打到現在已幾乎彈藥耗盡，除李如松帶來的一千騎兵火藥彈丸還夠支撐一段時間之外，其餘明軍多數已經事實上轉爲冷兵器部隊。
日軍一直強調他們的地形劣勢，但其實礪石峴至碧蹄館之間都是河流溪谷，崎嶇狹窄，部分地區散佈水田加上昨日天降大雨，又趕上冰雪初融，道路泥濘不堪，反而是明軍的騎兵優勢更難以有效發揮。
雙方這一輪激戰，明軍火力優勢不在，騎兵優勢也體現不出來，苦戰之後發現無法擊破，只能仗着盔甲精良勉強抵擋。眼看不是長久之計，因此李如松果斷下令向北轉移陣地，同時重組戰線待援。
接近午時，明軍傷亡進一步加重，四千兵馬已帶傷過半，戰死者也不在少數，李如松的親軍將官還能跟在他身邊殺敵的更是所剩無幾，但明軍依然在全力拼殺。
此時日軍已完成對李如松的三面合圍，同時發起總攻。日軍漫山遍野，四下無處突圍，明軍打到現在已經十分疲憊，在日軍鐵炮隊逐漸列陣之下，李如松也開始心急起來，深感恐將命喪此地。
立花宗茂此時也多負刀傷，但他戰意十足，高喊李如松將死，鼓舞士氣再度進擊。石田三成及黑田長政也向小早川請令全軍出擊。
正在千鈞一髮之際，楊元終於率領本部一千精騎及援軍四千趕到救援，從北面迅速投入戰場，對日軍發起了猛烈衝鋒。這一波進攻讓日軍猝不及防，急忙試圖調轉槍口重裝射擊。
然而他們畢竟是突遭明軍彈雨來襲，隊列大亂。此刻明軍精騎各持騎槍一頓開火，然後換了馬刀狂飆突進，雖遭火繩槍射擊，仍很快突入了日軍陣中。
這股明軍作爲生力軍，又是來救援自家主帥，當真叫一個氣勢如虹，而日軍方面則是陣型大亂、士氣暴跌，楊元因此打開了李如松所部生路。在告知李如松說李如柏領後隊正在跟進之後，李如松只覺否極泰來，立刻整軍反擊，與楊元會合。
此時吳惟忠亦率部從山間小道突襲而至，直衝小早川隆景本陣而去。黑田長政見狀，立刻命自己所部前往阻攔，明軍雖佔上風，但日軍兵力遠勝，一時間難分勝負。
吳惟忠下令將攜帶而來爲數不多的三號炮全數射向日軍本陣，逼敵回撤，日軍本陣動搖，小早川隆景大喝一聲，問誰人可退吳惟忠？吉川廣家應聲而出，率部出動支援黑田隊。
吳惟忠及所部明軍全力拼殺，與楊元及李如柏一道爲李如松撤離爭取時間。與此同時，明軍援軍亦源源不斷投入戰場，碧蹄館一帶戰況形勢愈發嚴峻，戰場規模越來越大。
小早川隆景望見明軍大部增援，心生失落，而且被視爲精銳主力的立花隊幾乎快要損失殆盡，第六番隊也是傷亡慘重，再戰已無意義。
小早川隆景意圖撤軍，石田和黑田二人不理解爲何此時又要撤軍了，小早川隆景解釋道：“我知明軍甚強，卻未曾想竟能如此之強，難怪小西的第一番隊會遭致那樣的慘敗。如今明軍又增援數千，形勢已變，戰機已失。如此看來定是與我們一樣，後有大部跟進，而此地不利於兩軍主力大戰，繼續在此膠着並非明智之舉。
另外，此戰已經牽動太多兵力，京畿道內戰事連綿，此時卻還不是我們與明軍全面決戰的時刻，我們已經完成了阻擊明軍的任務，此後短期內漢陽安危應當無憂。”
於是在小早川隆景的軍令下，日軍後隊變前隊，開始有序批次撤出，逐批返回漢陽。李如松見日軍撤走，也得以脫離險境，明軍返回坡州休整，準備撤回臨津江以北。
正當李如松準備動身時，柳成龍趕來勸阻。李如松說道：“原以爲是敵小股伏擊，結果是敵主力傾巢出動，我所望見光是前鋒便已多達兩萬之衆。如此估計，敵總兵力或許不下二十萬之多。我部原僅五萬，此次又消耗了大量火藥、出現了不少傷員，須得等待物資補充和傷兵復原，才能做下一步考慮。”
明軍兵力柳成龍自然清楚，其對物資的消耗巨大那也是肉眼可見，但他驚訝於李如鬆口中日軍“二十萬”這個數目從何而來。
李如松當然不會告訴他說這是高閣老所言，只是建議爲防敵主力來殺個回馬槍，請柳成龍與他一起速速離開此地，但朝鮮探馬來報，說倭寇已放棄追擊，全數返回漢陽。
柳成龍再請李如松重整軍備，調集援軍，攻向漢陽，而李如松堅持返回開城休整，柳成龍、金命元、李鎰等阻攔不放，兩邊一時間竟然還發生了衝突，底下士兵甚至有拳腳相向者。
然而這些插曲改變不了李如松的決定，不久之後明軍全軍後撤，返回開城休整。
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