巳时五刻，幕府筑前守：小早川景隆，以麾下大将幕府筑前国左卫门：粟屋景雄、幕府筑前国右卫门：井上景贞，各领三千人分左右两翼向明军逼近。

以接应损失惨重的幕府左近将监：立花宗茂，部军队，左翼的幕府筑前国左卫门当即遭遇了明军神机箭和弓箭的猛烈射击，队伍一时大乱，一部明军骑兵趁机越阵而出，直冲幕府筑前国左卫门队伍。

尽管幕府筑前国左卫门奋力拒战，但以渐渐不支，使得右翼的幕府筑前国右卫门急忙上前支援。

此时小早川家的谋士：佐世正胜，谏言道“大和语：敌势猖獗，粟屋队很快就要不支后退，毋宁待敌军追击之时，从山坡上猛然冲下击敌侧翼，则敌军必败。”

于是幕府筑前国右卫门从之，不一会儿粟屋队果然败退，明军骑兵追击而来，恰如海潮般涌来，井上队遂一齐呐喊，冲下山坡，粟屋队亦回身反攻，同明军展开了一场恶战。

在近身搏斗之中，明军骑兵的装备劣势很快就显露出来，除了神机箭外，明军骑兵仅携带了随身配刀，唯有明东征提督：李如松，等李家军亲兵携带了三眼铳。

此外地形地势也限制了明军骑兵的发挥，从砺石岘至碧蹄馆，皆是崎岖狭窄的河流溪谷地形，略平整处则散布民间水田，极不利于骑兵机动。

加之头天晚上天降大雨，地上的冰雪初解，道路泥泞不堪，马匹的速度优势荡然无存，反倒限制了骑兵的行动。

一番激战之下，人数和装备均处于劣势的明军渐渐不支倭军，战线开始向北推移至京畿右道高阳郡地带。

关键时刻明东征提督亲自上阵督战，但处于人数劣势且久战之下的明军们已疲惫不堪，遍地泥淖更使得战马举步维艰，明军陷入到苦战中。

不过立花军当时是使用了一种示弱战术，即以幕府但马守：十时连久，的五百兵力，正面楔入敌阵然后撤退，在引诱明军追击，而幕府左近将监则率领本队主力二千人绕到明军右翼，伺机攻打敌人移动中暴露出的薄弱部位。

不料明军的火炮太过于猛烈，当幕府但马守成功完成诱敌任务准备撤出时，负责接应他的幕府和泉守：小野镇幸，却被明军风暴似的虎蹲炮轰击所阻。

待小野队终于冒着炮火突入重围，与之会合之时，幕府但马守已经死于明御倭副总兵：李如梅，指挥的神机箭队之下，与他同时战死的还有其部下百余人和本部将领。

然而幕府但马守虽死，不过幕府左近将监的本部却借着大雾绕到了明军右侧，趁明军骑兵的追击队形尚在松散时，突然发起了攻击，并与正面的幕府和泉守相互呼应，从两面交替打击明军的中军。

幕府左近将监的二千人骑兵，疾驰到离敌军仅有3町（三百步）的地方，一起呐喊后，从左侧发动攻击，打乱敌军阵形后撤离，幕府和泉守的八百余骑兵向顽强抵抗的辽东明军铁骑追击，打退二千明军。

将近午时，倭军左右翼的部队从山上迂回到位，完成了对明军的三面包围，幕府筑前守：小早川景隆，居中、幕府左近将监：立花宗茂，在左、幕府大津城城主：小早川秀包，与幕府月山富田城主：毛利元康，在右，同时发起了总攻。

四面八方的倭军分布在沿山遍野，由两山夹空将我军围住，明东征提督见情势危急，跃马冲至阵前，与手下骁将数十人亲自手持神机箭射击。

看到明东征提督如此英勇神武，让明军将士们瞬间士气大振，继续浴血奋战，双方又打成了僵局。

在这个紧要关头，从马山馆撤下来救援的明东征左副总兵：杨元、明东征左副总兵左参将：郑文彬、明东征左副总兵监军：王鲁希，率领的援军终于赶到了，从倭军尚未合拢的北面一气杀入，为被困的明军们打出了一条后退的生路。

这支援军带有自己本部的一千骑兵。

此时明东征提督：李如松，觉得反击的机会来了，他并没有打算撤退，而是继续试图整军出击，但幕府治部少辅：吉川广家、幕府代总大将：户川达安、幕府三河守：吉见元赖、幕府左卫门佐：天野五郎兵、幕府右兵卫尉：三吉殿、幕府周防守：佐波殿，等倭军将领们纷纷上前夹击。

这让明军战士有些招架不住了！毕竟没带火炮以及火箭、战车，故此明东征提督见倭军势大，一时间不能抵挡。

而仅在明军后方跟随的李氏朝鲜都元帅：金命元，则带领一百名李氏朝鲜军队负责观战，全程不敢参与作战，与李氏朝鲜京畿右道防御使：高彦伯，汇合之后开始在远处放箭。

很快明军就向北方的惠阴岭撤退，在被倭军追击了一段路后，亦于酉时回到了王京，至此「碧蹄馆之战」画下序幕。

战乱过后，明东征提督通过审问倭军俘虏以及截获李氏朝鲜文书中所得情报，重新估计了一下倭军人数，他断定李氏朝鲜官员说谎，并且还发现→射伤我之家丁及马匹者，俱是尔国之箭！