晨3时，日军第九混成旅团在大岛义昌少将的指挥下，首先向大同江南岸清军发起进攻。其二为玄武门外战场。其三为城西南战场。清军分兵抗拒，重创日军第9旅团。日军中、右两队司令官武田秀山中佐和西岛助义中佐拼命督战，攻陷了左右两翼的堡垒，但随即遭到清军的步炮协同夹击，再遭重创。这一仗，日军遭受了重大伤亡，将校以下死者约140名，伤者约290名。中队长级大尉军官被击毙4名，少尉军官被击毙2名。第9混成旅团长大岛义昌少将、第21联队长西岛助义中佐、炮兵第5联队第3大队长永田龟少佐均被击伤。
玄武门为日军的主攻方向，因此集中了优势兵力，由立见尚文少将的第10旅团（又称朔宁支队）和佐藤正大佐的第18联队（又称元山支队）担任主攻。高州镇总兵左宝贵登玄武门指挥，激战中，左宝贵中炮牺牲，其部下3位营官也先后阵亡，午后2时玄武门遂被日军攻陷。日军向城内推进，遭到清军的奋力抵抗，只得退守玄武门。
在城西南战场，野津道贯亲率日本第5师团本队，于晨7时从平壤西南用炮火掩护步兵冲锋，清军马队进行反击。至中午，野津道贯见难以得手，下令暂停攻击，退回驻地。此时，军总统（总指挥）叶志超贪生怕死，在战