“吾兵雖雲乘勝，實遠來疲罷。倭奴集各道之兵與王京，且有以虎視石之戒，正未可輕敵也 ”。當明軍前出至臨津江一線時，相距遼東路程已經超過千里，而所面對漢城方面日軍，根據其後出兵碧蹄館、以及留守漢城人數而言，兵力總數達五萬人餘人，“賊數，則平壤賊合陣後，幾至五萬雲。”。此人數已經是明軍此時可用之兵二倍有餘，且加藤清正部尚有數千人在咸鏡道境內，明軍在平安道、黃海道的側翼隨時有被襲擊的可能。如若可以乘勝一鼓作氣拿下漢城，咸鏡道的加藤清正部則就被徹底孤立；否則便得退守平壤，以防被日軍前後夾擊。
平壤日軍俘虜報稱漢城兵十萬，而朝鮮君臣為儘快收復本國失地，在明知日軍主力雲集漢城的情況下，連連督促中國軍隊立刻進軍。柳成龍不惜以兩班貴族之身，行吏員賤民之事，放棄在家中飲酒作樂，親臨一線在臨津江面督促架設浮橋，以便明軍炮車、軍械儘快渡江，並嚮明軍通報“倭賊之在城（漢城）中者，多不過萬餘”。柳成龍和日軍俘虜嚮明軍報告的漢城日軍，兵力相差過於懸殊，日軍兵力如朝鮮所說不過萬餘，以明軍現有兵力自然可堪一戰；如審訊俘虜而言十萬之眾，明軍需要考慮的就是如何退保平壤，以待援軍。在大勝之餘，而又無敵方確切情報的情況下，李如松一面命高策、梁心率三千人搶修平壤城防，一面親自前出臨津江。
李如松於26日抵達坡州，派遣副總兵孫守廉、祖承訓、遊擊李寧等率所部士兵三千前出，查大受部與防禦使高彥伯為先鋒，探查漢城敵情和道路形勢，遭遇宇喜多秀家所部前哨部隊。當時駐紮在漢城西大門最前沿的為立花宗茂部，其部在日軍中素有勇名，號稱所部三千兵可抵他部一萬兵，明軍抵達漢城近郊的消息傳來，日軍將主力約41000人編為前後兩軍，小西行長、大友吉統部等一萬餘人留守漢城，前軍前鋒立花宗當晚茂枕戈待旦，積極準備與明軍作戰。
27日清晨，大霧瀰漫，明軍越過惠陰嶺，抵達碧蹄館，惠陰嶺距離漢城約21.5千米。當時立花部分為三部，先鋒為小野和泉（小野鎮幸）、立花三左衛門，中軍十時傳右衛門（十時連久）、內田忠兵衛，後軍為立花宗茂與其弟高橋統增。明、日兩軍斥候與2：00左右，在漢城附近爆發短暫交戰後脫離接觸，立花宗茂在得知消息後，領兵從漢城西大門駐地前出，於早上6：00左右抵達距離漢城約12千米的礪石峴。朝鮮人便心急火燎的在次日中午，嚮明軍通報“倭賊已退，京畿（王京）已空”。碧蹄館之戰就此拉開序幕。
碧蹄館在漢城和坡州中間，是朝鮮漢城官員迎送中國使臣的驛站館舍，距離礪石峴一里半（36町裡記約5890.5米），而礪石峴距離漢城三里（約11781米），即碧蹄驛館舍距離漢城4.5日本里，約為17671.5米，碧蹄館所處的狹谷為上窄下寬的喇叭形，南北長約一里（3927米），寬3、4町（327~436米）~7、8町（763~872米），北方為164米標高（山坳路口標高）的惠陰嶺，狹谷兩旁是起伏的丘陵，谷中有一條溪流，自北流往西南方向，道路兩旁為朝鮮人的水稻田。碧蹄館館舍在望客峴山樑西南端，山樑尾部突起的小山丘下。館舍北方偏西的山谷丘陵為高陽城，高陽沒有城牆，官舍、房屋、倉庫在山谷中零散分佈。碧蹄館館舍東部往王京方向，是望客峴山樑處一初山坳，進京路線自此由西偏往東南方向，越過洪樸山源水（望客峴和礪石峴夾谷中的河流，夾谷約寬600~2200米）夾谷，大約在2公里處，礪石峴山樑前，有兩個孤立的小丘陵，道路從丘陵之間穿過，丘陵和礪石峴之間的地名為新院店，道路在丘陵、新院店兩地時各分為兩道，分別折向南方，穿過礪石峴後通向漢城方向。（道路方向地名地形出自《海東地圖》高陽，根據地圖地名和館舍位置，重新核對谷歌地圖後確定古圖中道路走向）
明軍南下軍隊是以前出漢城進行武裝偵查為目的的，“前鋒探哨王京道路”、“吾當前往探路”。全軍分為前後兩部，前鋒為孫守廉、祖承訓、李寧部精兵三千，後軍為李如松親率楊元、李如柏、張世爵部兩千。此處兵力應當為約數，由前文表格中所錄點兵籍貫及數量，孫守廉部瀋陽籍馬軍原額702人，祖承訓部海州籍馬軍原額700人，李寧（張應種）部遼鎮正兵營馬軍原額1189人，合計三人所部原有兵額為2591人，如算上前鋒查大受部寬甸籍馬軍原額590人，前鋒各部原額為3181，對比將領所部可查軍籍，此戰中前鋒主力大部為遼鎮精銳騎兵部隊。
通常認為李如松此戰是因南北不合而不帶南兵，但就以敵情不明而進行武裝偵查，特意挑選精銳騎兵而言，大部分是新募兵的南軍步兵，實際上並不適合這種高機動偵查作戰任務——坡州距離漢城十日本里，即約39.27千米，要求新募步兵跟隨精選騎兵進行武裝偵查，且來回高速機動距離近80公里，要求攜帶新兵而且還是步兵，這本身是不現實的。而且因為朝鮮無力保障後勤，為催促明軍儘快南下，將沿線各地倉儲零散分佈。這種模式使得明軍大隊難以集中駐屯，李如松被迫只能調集部分軍隊渡江，“
先是，提督以糧不敷，中分，其一半留鎮東坡，一半渡江”明軍處於最前列的，應為查大受、高彥伯部，查大受部平壤戰前原額590人，高彥伯部為百餘人，兵力應為600~700人左右。高陽——碧蹄館處此時有朝鮮官吏在負責囤積軍糧，即立花部北上抵達礪石峴時，望客峴山樑應為查大受、高彥伯部所控制。十時傳右衛門（十時連久）部500人前出新院店丘陵之時，明軍佔據望客峴山坳與之相對，此時兩軍間隔約為20間（約2180米）。
雙方戰前各據地形對峙
明軍前鋒出，與十時部接觸
明軍前鋒誘敵後退
十時部陷入包圍
清晨七點左右，明軍騎兵前出，進入夾谷平原，與立花宗茂軍十時連久部接觸。戰鬥一開始，十時連久率先集中騎兵對明軍進行突擊，明軍隨即退往望客峴方向，從地形中可以看出，此時日軍前進方向為西北方向，在距離望客峴數百米的時候，日軍右方，即東北方向出現明軍援軍，以騎兵突襲和火炮協同方式，試圖切斷十時連久與緊隨其後的小野鎮幸部（700人）之間的聯繫，根據地形和記錄，明軍應該是從望客峴山坳西部丘陵處南壓，該地地形近似碗形，十時連久部若突進至山坳口近處，則右翼則完全暴露在明軍左翼衝鋒下。這是戰鬥中第一次交鋒，十時連久部在此次失敗的衝鋒中受到嚴重損失，查大受部明軍陣斬一百三十首級，隨後查大受向駐屯坡州的李如松告捷，接到捷報的李如松隨即帶領部分親軍，前往碧蹄館查探實際情況。
十時部戰敗後明軍趁勢前出
在十時連久部前方和右翼陷入明軍夾擊之後，向南方新院店丘陵方向小野鎮幸部撤退，而立花宗茂本部二千餘人，自新院店丘陵左側前出，進攻明軍右翼，日明雙方在夾谷之間鏖戰。明軍皆為騎兵部隊，而立花部騎兵僅有212騎，其餘均為步兵，平地作戰處於絕對劣勢。在野戰一度失利後，立花軍退避新院店內山坳中，依託狹長山谷地形，在隘口集中二百餘挺火繩槍，以對抗明軍騎兵衝擊。
上午十點左右，日軍小早川隆景部前鋒粟屋景雄、井上景貞各領三千人抵達戰場，接替損失慘重的立花宗茂部，並將部隊沿礪石峴山樑左右兩翼展開。此時日軍兵力在一萬二千人至一萬五千人左右，而明軍兵力不過三千，眼見日軍勢大，明軍脫離與日軍接觸，退向碧蹄館方向，依託望客峴與日軍對峙。
明軍進攻立花宗茂部
日方援軍抵達後雙方對峙狀態
與此同時，接到前方戰報的李如松抵達惠陰嶺，途中遇到退後的高彥伯部軍官，得知交戰雙方情況，隨即急奔碧蹄館，中途落馬受傷，隨後換馬抵達前線。由望客峴向南方向，穿過礪石峴的道路一共有三條，其中東部和中部兩條是處於新院店丘陵及礪石峴狹谷中，最窄處寬度僅有20米左右，長度最短的一條也已經超過兩公里，道路所經過的丘陵及山谷已被日軍佔據，而另一條穿越礪石峴的道路是從新院店丘陵西部繞過，直接抵達礪石峴的一處山坳。如使用這條道路，則只需穿過長約500米左右的隘口，便可穿越礪石峴山樑。以雙方戰前所處區域以及雙方兵種態勢，以及地形空間來看，李如松抵達之後兵分兩翼的主攻方向和作戰目的，應為直接打通西路隘口，避開日軍佔據有利地形的中部和東部丘陵地帶，將部隊投放至日軍佔據的礪石嶺陣地後方。
李如松作戰計劃
礪石嶺後方至昌陵所處丘陵地帶之間，為東西長約3.5~4公里，南北寬約0.8~1.8公里的小塊平原地形，為不久前查大受部曾經進行過偵查活動的地方，此處地形明軍較為了解熟悉，且適合騎兵發揮。若此明軍突破西路隘口成功，則日軍會處於被前後夾擊，圍困於礪石峴山樑的境地。即便將領及時退避，就其據守礪石嶺所部位置而言，在其部隊通往漢城的道路方向，側翼依舊處於被明軍以西擊東的窘境。
李如松的這次作戰計劃，很明顯對日軍投入兵力估計不足，可見在審訊日軍俘虜而得的十萬日軍，和對比朝鮮人所通報的不過萬餘之間，要更傾向於後者。即便日軍實際兵力超出朝鮮人所通報的萬餘，然而除卻漢城必要的守備力量，日方能在礪石峴投入的兵力必然有限，加之前日軍在平壤和漢城一線的過度收縮，則更加深了明軍對於朝鮮所提供的，日軍兵力不足這份情報的傾向。然而日軍的大規模收縮，其實更多是平壤戰敗之後，日軍對於前線情報不明，軍隊潰敗過快導致防線崩潰所致。加之明軍通常以號稱方式對外宣傳己方兵力，以誇大軍隊規模作為威嚇敵軍的手段之一，這也使得日軍在軍情不明下對入朝明軍數量過分高估，再鑑於各地軍糧不足，因此做出收縮戰線確保漢城的決定也不足為奇。
由於雙方基於情報不明的戰前規劃，使得明軍一開始低估了日軍兵力，因而在兵力處於絕對劣勢，且地形明顯不利的情況下，對日軍進行了攻勢作戰。而日軍則明顯高估了明軍兵力，礪石峴之戰漢城守軍幾乎傾巢出動，在佔據了有利地形的同時，對明軍形成了絕對的兵力優勢。因此當李如松決定對西部隘口進行突破的時候，僅該地佈防兵力粟屋景雄、井上景貞兩部，便有6000人之多。除卻受到較大損失的立花宗茂部，新到日方援軍各部約17000人。而與此同時，明軍全軍只有四千騎兵，新銳僅有李如松部一千親兵家丁，其餘各部三千騎兵，則在之前與立花宗茂部交戰已有兩、三個小時，體力必然已有相當損耗。
戰鬥開始，李如松以本部多為將領親隨，戰鬥力最強，親自領兵突擊在礪石嶺西部佈防的粟屋景雄部三千人。明軍先以神機箭覆蓋射擊，日軍以火繩槍前出對射，明軍乘勢以騎兵衝鋒，粟屋景雄部日軍抵擋不住，退往礪石領山上。然而該處隘口兩側山丘延伸同樣為碗狀，明軍前行之際，左側翼則暴露在新院店丘陵及其礪石嶺突出部，在此隘口右側佈防的井上景貞乘勢從山上衝鋒，襲擊李如松部左翼。而藉此機會，敗退至礪石嶺上的粟屋景雄也率軍反撲，李如松部陷入數倍日軍夾擊之中。
李如松部攻擊慄屋景雄部
慄屋景雄部敗退，李如松部前壓，井上部從明軍側翼進攻
為牽制後方明軍，小早川隆景命小早川秀包、毛利元康、筑紫廣門部5000人由新院店丘陵右側繞出，頂著明軍火炮射擊，前赴後繼突向望客峴。其本隊則接替粟屋景雄部，立花宗茂部接替井上景貞部，保持對李如松壓制，而粟屋景雄、井上景貞兩部則乘勢北上，逼近高陽近郊約九百米處，繞行至碧蹄館西部隘口，試圖包抄至明軍側後。眼見日軍勢大，李如松親自殿後，退往望客峴，此時楊元部趕到碧蹄館與李如松部匯合，封堵住望客峴與高陽之間的隘口，而此時宇喜多秀家部前鋒戶川達安也率軍趕到礪石嶺，眼見日軍援軍不斷趕到，已經無法阻擋日軍向兩翼迂迴的李如松，用輜重填塞道路之後，放棄碧蹄館退往坡州，結束了這次倉促進行的遭遇戰。
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