6时许，日军开始攻城。由于山城只有一面可以入城，日军大部队无法展开，只能分成十余队，轮流攻击。朝军则将一切能找得到的火力聚集到日军攻击的方向，弓弩火矢，火箭车，投石车等轮番上阵，居高临下，给以日军迎头痛击。
日军这面，这次随军的小西行长正在拼命的游说秀家希望自己可作为先锋成为第一阵，碧蹄驿后，日军诸大名见证了明军的实力，因此也不再瞧不起平壤大败的小西，但小西却依然觉得需要一场胜利来表明他的荣誉，
本以为朝军都是软柿子，是刷战绩的提款机，可小西军也是倒霉催的，遇上的是权栗这块硬骨头。只听小西行长一声令下，数千日军叫喊着向山上冲锋，但栅栏后的朝军却毫无动静，只是张弓搭箭，静静地等待着。直到日军大半冲进朝军射程范围，权栗亲自击鼓三声。这是攻击的号令!霎时间朝军火箭擂石滚木齐下，没头没脑地砸向日军。冲到一半的日军猝不及防，又无处躲闪，受到一些损失。更由于日军阵型密集，朝军闭着眼睛射击也能打中大一片，这倒是补了朝军战力不足的短，小西行长见再打下去会有较大损失，于是下令撤退。
石田三成作为第二队继续发起冲锋，可下场也不比小西行长好多少，部队出现伤亡，甚至自己也被流矢射中，挂了彩，最后也只能撤退。
接下来是黑田长政的第三队攻击。有了小西和石田两个前车之鉴，黑田长政不再盲目地发动冲锋，
而是命令道:“铁炮队上前，掩护中军。”调至队伍最前面铁炮手向朝鲜开火力图为后面的大军打开缺口。但可惜，面对朝军的木栅，日军铁炮无从下手。打在木头上的子弹如同瘙痒。有些铁炮手稍微抬高射击角度，妄图以弧线把子弹送入朝军阵中。可这样一来落下的子弹变得毫无威力，大半干脆飞过朝军头顶，落到城后的汉江里。黑田军一通乱射，毫无斩获，只得收兵。。。
三路失利，宇喜多秀家十分生气。如果之前与明军交战没有收获尚可给自己找理由，但现在区区四千朝军，竟然让自己无可奈何年轻气盛的宇喜多秀家决定亲领第四阵，一定要拿下幸州守将的首级。
秀家收拢本队，上前督战，本家诸位见主公至此，也是前赴后继，奋力攻城，趁着朝军不备之时突然发起进攻，竟突破了第一道栅栏，冲到第二道栅之前。朝军大骇，一些士兵掉头就跑，有一人跑，就有更多的人跑，后面的朝鲜兵还以为日军已经破城，也跟着跑，后面督战的权栗大怒，上前亲手斩了几名逃兵。
其余士兵不敢再退，只能转身再度拿起弓箭火矢向日军射击。就在朝军已基本抵挡不住日军的攻势之时，也不知道是哪个弓箭手这么幸运，竟然真的射中了秀家，秀家只感觉身子一窒，天地摇晃，众亲卫大骇，马上上前救援，好在秀家护甲挡住了弓矢大部分的冲击，并没有生命危险。日军急忙护着宇喜多秀家退出战线，这才没能一鼓作气攻下幸州。
心有不甘的日军再派出吉川广家作第五攻击序列。两军在第二道栅前短兵相接。朝鲜人身后就是幸州城，城内还有数千妇孺。已经是退无可退了!朝军拿出浑身解数与日军血战，权栗也丢下鼓槌，和部下肩并肩血拼。吉川广家见攻击不利，便打算以火攻烧死山上的朝军，但日军还没来得及点火，就被朝军引入汉江之水解了围。吉川广家无奈之下也只得撤军，自己身上也挂了彩。
第六队主将是小早川隆景。虽然其部下也是尽力奋战，试图打开缺口，但最终还是没能如愿。
惨烈的战斗持续了一整天。打到黄昏时分，朝军箭矢已尽。城内的民众闻讯之后，纷纷跑到前线支援。妇女们以围裙当兜，一次抱来数块大石，来来回回而裙不破。这也成了不少后世韩国影视作品中描述幸州山城之战的必备画面。
就在朝军似乎山穷水尽之时，京畿水使李苹率军来援，并带来了数万支弩箭。及时补充的箭矢再次如下雨般落向攀城的日军。。。
此时朝鲜军已击退日军9次攻击，日军主将宇喜多秀家，石田三成，吉川广家，前野但马受伤，偏将明石与卫门尉，中屋善四郎，户崎彦右卫门尉战死，还有一些负伤者。但是幸州城仍是没能攻破，日军这面还有小早川隆景的第九军没有投入战场。秀家正打算命令第九军展开进攻，不料此时秀家