清晨，日軍因幸州山城道路狹窄，以各部次序輪番進攻，朝鮮軍以處英部僧軍專守外柵以槍劍戳刺，正規軍依託石垣協防，居高臨下以弓箭、石塊反擊攻城日軍，並雜以大小勝字銃筒，及震天雷、紙神砲、大中發火等火器。
日軍頂着守軍火力輪番進攻，並曾試圖以火攻燒燬木柵，但被守軍用水撲滅。日方戰死者“相繼曳出，而猶進不退”，一共反覆衝鋒達八、九次之多。
中途吉川廣家、毛利元康及宇喜多秀家部將戶川達安三隊一度突破外城僧兵防守區域，抵達權慄部防守的石垣重城。眼見日軍勢大，僧軍只得向內城退卻。
權慄見情況緊急，親自拔劍，斬殺後退僧軍數人，終於重新迫退日軍，再立外圍城柵。從清晨一直打到傍晚，日軍傷亡較大，宇喜多秀家、吉川廣家、石田三成、前野長康等均已負傷，而朝鮮軍隊火藥箭矢也已用盡。
忠淸兵使丁傑運來二船箭矢，從海面入城，全羅道也有漕船四十餘隻，在陽川浦口活動，如此則日軍爲防止有大隊援軍前來夾擊，於當晚退回漢陽。
然而周邊不遠處的朝鮮將領無論在戰時、戰後均未有一兵一卒援軍前來，反而攻城日軍中有大量原朝鮮軍人——“上曰：賊所射，有我國箭乎？景禧曰：多中片箭者，賊中必有我國之人，投入助戰也。”
爲防日軍次日再次進攻，自知無力抵禦的權慄便將幸州山城焚燬，並將日軍遺棄的屍體肢解以泄憤，然後全軍退向坡州。此即爲幸州山城之戰，也是權慄的成名戰。
回頭再看，其實幸州山城之戰與碧蹄館之戰一樣，都可以看做是規劃中的漢陽之戰裏的前期準備，兩次作戰的戰場距離漢陽均爲三日本里。
碧蹄館之戰是明軍在斷糧前夕的最後一次努力失敗，最終未能穿越礪石峴，而幸州山城之戰是朝鮮軍戰後棄城而走，兩軍事實上均未能在漢陽近郊建立穩固的前哨陣地。
當然，日軍在此戰中暴露了其缺乏攻堅的能力以及重火力上的貧弱；而朝鮮軍隊在焚城而退的所謂大捷中，則再次暴露了其軍隊的混亂，各部之間難以配合、乃至拒絕配合的情況比比皆是，而權慄特意將僧兵放置在最危險的外城，也凸顯了朝鮮義軍的尷尬地位。
也就是說，日軍不知幸州只是孤軍，而朝鮮人在日軍撤軍之後立刻棄城而走，同樣也體現了所謂幸州大捷的僥倖性和象徵性——以及不可複製性。
而相比碧蹄館之戰，明軍本來是試圖達成前出控制茂陵一帶的目的，參考碧蹄館、幸州山城周邊地形及城邑倉儲，可見碧蹄館周邊囤積物資和兵力集結能力要遠超幸州山城。
然而事實上，當時的明軍已經超出後勤極限，碧蹄館戰後即便大軍退囤開城，明軍依舊處於斷糧狀態。柳成龍此前答應提供的軍糧，實際到位的那點恐怕只夠將校級軍官食用。
這樣一來，李如松一邊因爲心疼家丁損失，一面擔心存糧告罄而軍心動盪，最終被迫將主力退回平壤。至於朝鮮軍隊的表現，則完全不存在有進攻漢陽的可能性。
然而不管怎麼說，幸州山城之戰起因在於柳成龍籌糧不利，還順帶着在李昖面前黑了李如松一把，而戰爭過程雖然既僥倖又不影響大局，但卻是朝鮮陸師頭一回以弱勢兵力正面擊退遠勝於己方兵力的日軍。
因此無論如何，權慄都一戰成名，從此成爲與水師李舜臣其名並且實際上更爲重要的朝鮮重臣。戰後各方情況都逐漸弄清，柳成龍雖然沒有遭到責難(畢竟從朝鮮的角度來看，少提供一些軍糧他們不虧)，但瞭解真相的人自然還是會有所公論。
柳成龍此時聽權慄這般旁敲側擊一般的提及此事，不僅面色難看，甚至有些想要就此拂袖離去，心道：你權慄雖然出身不差，但之所以能出仕爲官，那還是因爲我的推薦，不想今日略有所成便視我如無物，當真以爲李山海此番復起便一定能長久？
惱歸惱，怒歸怒，但是想想南人黨當前的局面，柳成龍卻仍然不得不強忍着怒氣，用溫文爾雅地態度道：“上國雖強，終究外國；朝鮮雖弱，畢竟母邦。況我兩班子弟世代爲官，若併入上國，豈知不會三世而衰？彥慎兄，你以爲然否？”
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