面被日军偷袭之后，很快也被在陆上的成欢驿的日军偷袭，由于朝鲜政府已被日本控制，叶志超、聂士成等部驻牙山的清军被迫绕道汉城，北撤到朝鲜北部重镇、平安道首府——平壤。毅军以分统马玉昆率五营一队（约2100人），与淮军盛字军以及奉天的奉字练军、盛字练军一起，构成了四大军29营，于8月先期入朝，在平壤与从牙山退回的叶志超、聂士成部汇合，朝廷命叶志超为驻平壤各军总统。
平壤之战发生于9月7日—9月15日，是双方陆军首次大规模作战。当时驻守平壤的清军共35营，17000人；进攻平壤的日军有16000多人，双方兵力旗鼓相当。平壤城的地势也非常险要，易守难攻。而且清军还得到朝鲜人民的支持。当时虽然朝鲜政府被强行拉到日本阵营，但朝鲜的平安道观察使闵炳奭积极协助清军作战，甚至连日本推上台的傀儡大院君李昰应都暗中给清军传递情报。
9月7日，日军分四路围攻平壤，兵力分散，由于李鸿章‘先定守局，再图进取’的作战方针以及清将叶志超的胆小昏聩，左宝贵等人攻打日军的行动不断遭到叶志超的阻挠，日军遂于9月14日顺利完成了对平壤的包围。9月15日，战斗在3个战场同时展开：其一为大同江南岸战场。