與此同時，明軍在開城的大本營中，經略宋應昌聽聞李如松可能陷入埋伏，不由得吃了一驚，道：「李如松兵力不足，這孤軍被圍定是倭寇所設陷阱。敵既有備而來，得知李如松近在眼前，必將不顧一切取他性命。」
贊劃袁黃答道：「經台所言極是，若是提督被擒殺，不僅對我軍今後作戰極為不利，而且陡然遭遇如此大挫，朝廷必然震怒……經台，李提督身份特殊啊。」
宋應昌當然知道李如松身份特殊，不過他不好接這個茬，只是問道：「李如松所帶何部？出發前有何軍令？」
另一名贊畫劉黃裳答道：「提督所率人數雖少，但皆為遼東精騎，還另令楊元、李如柏各領軍隨後跟進，也即是說李家親兵已全部出動。」
李家軍全部出戰，而且有明顯的先後次序，這說明李如松對可能面臨的大戰是有估算的，因此這算是個好消息。尤其是李家軍的戰鬥力擺在那兒，既然李如松認為沒問題，那麼出問題的可能性應該不高。
不過雖然稍稍放心了一些，但面子上宋應昌卻一點不敢輕忽，下令道：「事態緊急，刻不容緩，倭寇若知曉李如松在，必會各軍盡出，故眼下除我軍增援外，還需各地朝鮮軍進行阻擊才是。
另外，我軍增援必須大張旗鼓，迷惑倭寇，以為我軍已全軍出動，敵不敢輕易決戰則必會撤走，如此可救李如松一命。」
宋應昌是高拱的門生，實學派中的高黨，他的一切決定當然要考慮高務實的觀感。眼下的局面有一點他不敢明說，那就是此刻陷入重圍的可不止一個李如松，還有李如松的五弟李如梅。
李如梅現在的身份可不比以往了——他是高李聯姻中被高務實挑中的妹夫，兩家已經在交換生辰八字了，宋應昌怎麼敢在這個時候讓李如梅落入日軍之手，亦或者當場戰死？那沒準比李如松戰死更難交待。
因此，宋應昌急不可耐地號令明軍、朝鮮軍，嚴令聯軍不惜一切代價救援李如松所部，傳令兵四出傳信，明軍楊元、李如柏所部也加快行軍速度，從正常行軍變換為馳援模式。
柳成龍此時也聽聞李如松被圍，在接到宋應昌命令後，立即令都元帥金命元、李鎰領兵三千前往京畿道救援。金命元看來有些畏難，沉吟道：「李如松陷入倭軍重圍恐怕凶多吉少，他是明軍主將，一旦被圍，敵必大軍盡出，而我軍弱小，只怕難有勝算。」
柳成龍勸道：「我國即將面臨滅亡之時，是明軍千里來救，如今李提督深陷重圍，我們豈有不救之理？雖然能否救出李如松，關鍵不在我們而在明軍自己，但我們朝鮮必須全力以赴，否則豈非成了忘恩負義之輩？
你此去只需能有效阻擊倭寇援軍，拖延時間即可，不必強求其他戰功。」金命元聽了這話，總算勉強領命。
柳成龍還同時傳信給附近的朝鮮官軍、義軍，抽調兵力向京畿挺近。朝鮮將領權栗接到命令後對部下感嘆：「想不到明軍也有如此窘迫的時候，我聽聞明軍來後，氣焰囂張、目中無人，素來不肯正眼看一看我等。
不過，畢竟是上國天兵，還有都體察使的請求，還是應出擊救援。另外聽聞倭寇不斷增兵，看來是決心要取李如松首級。相比明軍只是自視甚高而言，還是倭寇與我等國讎家恨更加令人難忍，我權栗絕不會讓倭寇得逞！」於是權栗也領兵三千前往助陣。
京畿道義軍首領李延馥探查到漢陽陸續有日軍開出，本來疑惑不解，只能猜想定有大規模軍事行動，因此打算出擊襲擾。下屬則提出了另一種猜測，道：「聽聞明軍收復平壤後，倭寇損失慘重，北方各道倭寇都在潰退，紛紛向王京集中。此次陸續出動是否為防止明軍來襲？」
李延馥認為有理，頷首道：「或許不止是為防止來襲，已經交戰也是有可能的。嗯……若是如此，我們義軍也不能在此觀望，也得助陣殺敵立功才是！」
正說話間，便收到柳成龍傳信，李延馥看罷才知是這般情況，當即下令義軍全部出動，阻擊倭寇救援李如松。
部下規勸說倭寇勢大、不可力敵，李延馥將其一把推開，厲聲叫道：「倭寇之後必將出動更多兵力，而明軍來救援朝鮮，朝鮮無以為報，唯有協助明軍、捨身殺敵而已，更何況驅逐倭寇本是義軍所願！
若明軍因我等坐視不理而敗亡，我等妄稱忠義，愧對天下。此戰必須不惜性命，堅決阻擊到底！」於是李延馥率領義軍出擊。
日軍方面也在緊急調遣，總大將宇喜多秀家親自率軍支援，命黑田長政領兵五千作前陣，石田三成、增田長盛、大谷吉繼領五千人作為二陣，加藤光泰、前野長康領三千人作為三陣，宇喜多秀家自領八千人為四陣居後。
日軍援軍剛剛離開漢陽便遭京畿義軍阻擊，石田三成得知有數支部隊在向京畿進發後，連忙上報宇喜多秀家，秀家也不敢丟了漢陽這個主要支撐點，只好立刻令第三陣及第四陣一半兵力前往阻擊。
漢陽日軍援兵遭到李延馥所領義軍阻攔，黑田長政驚訝於這次義軍竟會正面出擊，隨即便令所部迎戰。不久之後，石田三成所領第二陣也跟進上前，義軍死戰不退，直至近乎全軍覆沒。李延馥戰至暈厥，被部下救走，這才算撤離戰場。
加藤光泰、前野長康見朝鮮軍分三路襲來，立即佈陣攔擊。金命元所部難以輕進，李鎰便率軍從側翼發起衝鋒，與日軍混戰，但不久即被擊退，權栗則與日軍第四陣僵持不下。由此可見朝鮮軍戰力相比日軍而言，正面作戰始終處於劣勢的局面並無改觀。
接戰數刻後，朝鮮軍率先後撤，但日軍準備調頭繼續支援前部時卻又遭朝鮮軍襲擊，只得繼續攻擊金命元、權栗所部。
明軍此時仍在血戰之中，小早川的兩萬大軍已全數趕至戰場，但受地形和前方混戰的影響，一時間極難展開。
小早川隆景親臨一線鼓舞士氣，李如梅於兩軍大戰之中遠遠望見敵本陣一人疑似主將，便立刻張弓向那人射去。小早川隆景驚嚇之下連忙帶馬閃避，這一箭由於實在距離太遠，只取得戰馬中箭的戰果，李如梅很不滿意地收了弓。
不過即便如此，吃疼的戰馬也將小早川隆景掀翻在地，眾將吃驚之餘連忙上前急救。
戰事激烈，立花宗茂鎧甲之上箭如蝟刺，立花軍退至西面小丸山休整，小早川秀包接替奮戰掩護，而明軍被逼退，大小將領也陣亡不少。兩邊不約而同地各自停戰，抓緊時間休息補充、調整戰術。
李如松召集部下合議，道：「倭寇眾多，我軍若深陷重圍，突圍必然不易，敵寇很快又將發動進攻，眼下必須趁被完全合圍之前佔據缺口，向北且戰且退，等待援軍抵達。」
查大受把刀往地面一插，大聲道：「末將願誓死護衛大帥殺出重圍，請令末將開路！」祖承訓見查大受搶了開路的差事，便表示願意殿後阻擊。
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。」眾將領命。
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，漫說太閤殿下如何看待，便是民眾也必將恥笑！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，盡可隨我出陣殺敵！」
這番話一出口，其他說辭都變得無力了，眾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，作為總預備隊待命。
巳時六刻，小早川隆景令麾下大將栗屋景雄、井上景貞各領三千向明軍逼近。待日軍發起衝鋒之時，栗屋景雄所部便遭明軍三、四號炮及弓弩打擊，還有許多本為「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。栗屋景雄奮戰不退，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：「栗屋隊很快便會後退，此時向前救援不如退至坡上，待敵軍追擊栗屋隊之時，我軍再猛衝側翼，定能獲勝。」景貞依計而行。
果然，等栗屋隊敗退而明軍騎兵追擊之時，井上立刻率隊呼喊殺出，栗屋景雄也回身反擊，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，極為危險，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為冷兵器部隊。
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。
他悄悄拉過李如梅來，向他交待了幾句話，但從李如梅的表現來看應該是強烈反對，沒有答應。李如松嘆息了一聲，卻也沒有再說什麼，只是拍了拍五弟的肩膀，李如梅反而很緊張，一步不離地跟着大哥行動。
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。
這股明軍作為生力軍，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為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為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，而且被視為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為何此時又要撤軍了，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：「原以為是敵小股伏擊，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眾。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，只是建議為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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