平壤收复后，李如松留下张世爵率军七千镇守平壤，自己和柳成龙率两万九千明军和八千二百朝军向南挺进。一路上百里凋敝，到处是倭寇烧毁的村庄和庙宇，雪已经停了，北风仍在呼呼的吹。正月十八日，小早川隆景前脚离开开城，李如柏后脚进驻开城，二十五日，两万五千明军渡过临津江，到达坡州城。
大军抵达坡州后便立刻争吵起来。一部分将领认为日军望风而撤，大军应该迅速追击，以免日军逃脱；一部分将领认为日军主力都在汉城，不应该追赶。此时的李如松也拿不定主意，便对查大受说道：“你和祖承训、李宁领兵三千前去王京附近打探倭寇兵力情况，一有消息马上回来，不可交战。”
二十六日清晨，查大受带领三千骑兵向汉城进发。
李如松大军抵达坡州后，宇喜多秀家便在汉城召开军事会议，会议的结果是：小早川隆景、立花宗茂、小早川秀包、吉川广家率兵两万前往迎敌，宇喜多秀家、黑田长政、石田三成、加藤光泰率兵两万一千人为后应，小西行长、大友吉统率兵一万四千人负责汉城防务。
一月二十六日清晨，日军方面让立花宗茂带领本部兵马前往坡州方向探听明军消息，立花宗茂手下家将十时连久带着五百名先锋走在前面，到了砺石岭的时候，日军先锋转过一道山路，迎面碰上一股军队。前面的日军立刻叫了起来，众人看去不是朝鲜军士的打扮。
“是明军，是明军。”日军纷纷嚷道。
“来的好快啊！”十时连久说。
“准备战斗。”十时连久说命令道。
此时查大受的部队也发现了日军，查大受一声吆喝，手下的辽东骑兵向日军冲去，日军队伍顷刻被冲垮。双方一阵激战，日将立花家臣——池边永晟战死，十时连久丢下三百多具尸体撤走。查大受立刻让人给李如松送信，报告这里的战况，同时带人在后紧紧追赶。
李如松接到了军士送回来的战报，眉头立刻皱了起来。
“查大受这厮轻敌冒进，实在是令人烦心。”李如松骂了起来。
李如松坐立不安，在屋内走来走去，最后终于对杨元说道：“我带一千人去寻他，你随后跟进。”
李如松立刻点起一千家兵，骑马火速追赶查大受，希望能将查大受追回来。一个时辰后，杨元也点起一千兵马向李如松追去。傍晚时分，李如松来到一个地方，路旁的石碑上书“碧蹄馆”三字，四周有很多日军的尸体，还有明军的尸体。李如松纵马前进，前面山丘上杀声震天，李如松眺眼望去，查大受、祖承训正在跟日军血战。李如松带着一千兵马迅速投入战斗。
查大受的兵马奔至碧蹄馆后，正好碰上立花宗茂率领的二千五百兵马，立花宗茂和十时连久合兵一处向查大受杀来，双方大战在一起。查大受手下骑兵在日军步兵队伍中横冲直撞，明军手中的腰刀不断挥向日军，战刀砍处，鲜血四溅，日军不断倒下，日军步兵根本抵挡不住明军骑兵的攻击。
立花宗茂眼看抵挡不住，带着日军慌忙后撤。
“追！”查大受大刀一挥喊道。
此刻，闻讯从汉城赶来的小早川隆景带领八千兵马加入战斗，立花宗茂看援军已到，立刻掉转头反攻。查大受毫无惧色，率领骑兵迎战一万日军。
日军用铁炮不断瞄准明军射击，很多明军被铁炮打下马来。查大受、祖承各率一支人马直插日军中央，日军一万人马顿时大乱，战马嘶鸣声、枪炮声、喊杀声把碧蹄馆搅得天昏地暗，明军在日军队伍中左冲右突，此时的一万日军竟然隐隐出现招架不住的架势。
此时，小早川秀包和吉川广家的一万兵马也赶到，日军人数已增至两万。六十岁的小早川隆景被打得筋疲力尽，遂退了出来，将战场较给了立花宗茂。小早川秀包和吉川广家要求出战，小早川隆景摆了摆手，小早川秀包和吉川广家的一万人马驻扎在外围不动，小早川隆景站在对面高地上指挥着战斗。
眼看日军援军又开到，查大受喊道：“速去东面高地，用火器阻击。”
查大受和祖承训带领剩下的两千明军向东面高地奔去。
占领高地后，明军从腰间拔出火器阻击。立花宗茂率领近万名日军向高地上冲来。明军纷纷下马，前方明军用盾牌和马鞍阻挡日军的铁炮，后面的明军拿起长铳用照门、准心瞄准日军轮番射击，前面几排打完后，后面几排明军又接上，然后前方几排明军继续装药压弹射击，日军铁炮由于射速慢，火力被明军压制住，冲上来的日军一批批倒下。立花宗茂继续指挥日军冲击，日军端着铁炮，举着盾牌拼命往上冲，高地上的明军不断被铁炮打死，明军又向日军点燃集束火箭，在火药助推力下，无数的火箭“嗖！嗖！”的向日军射去。日军的数次冲锋都被明军打了回来，漫山遍野都是日军的尸体。
一直到傍晚时分，明军的高地还是没有被日军拿下来，日军已战死四千人，明军阵亡大半，只剩七百人坚守着阵地，破损的旗帜仍插在山坡上飘扬，此时，铅丸已所剩无几，火箭已全部用光。小早川隆景布置了五千人，准备对明军发动最后一次攻击。七百明军亮出了腰刀，用仗将鸟铳的火药压紧压实，又把弹丸装入，然后用仗将弹丸捣入火药中，准备最后一次战斗。正在此时，日军队伍大乱，一支明军骑兵冲了进来，这伙明军手拿火铳向着日军射击，日军队伍立刻被冲垮，领头一将手持大刀连砍数人。
这支明军正是李如松率领的一千家兵。
此时，李如松的一千人马已经冲了进去，跟查大受、祖承训会合在一起，查大受看见李如松，既惊又喜。
“大帅，你怎么来了？这里万分危险，我们被包围了。”查大受说道。
“还是赶紧突围吧。”李如松说。
李如松和查大受带着手下兵马向北冲去，眼看这伙明军就要冲出包围圈，小早川隆景将手一招，小早川秀包和吉川广家的一万兵马立刻围了上来，一时之间漫山遍野都是日军，此时包围明军的日军已达三四层，且外围还有大量日军在观望。
“杀！”李如松喊道。
李如松命令下达后，李如松的一千家兵从腰间拔出三眼神铳，两手各一把，扣动扳机后，火绳“滋滋”点燃。明军的三眼鸟铳打得围攻日军落花流水，外围明军打完便退到内围，内围的士兵冲出来继续射击，退入内围的士兵从火药袋里掏出火药和弹丸继续装药压弹射击，这样几轮下来，日军死伤遍地。漫山遍野的日军向蚂蚁一样向坡地上的明军发起潮水般的攻击，明军向北的数次突围都被日军的长矛兵挡了回来，明军火铳打完后，又倒转铳头握着铳杆向日军砸去。
此时，夕阳已渐渐退却，战场上，硝烟味、喊杀声、战马嘶鸣声混杂在一起，激烈异常，惨烈异常，不断有人死去，鲜血浸满了碧蹄馆的山坡，并渗透到树根下面。日军数量虽然众多，但都是步兵，明军骑兵的机动性彻底发挥了出来，依靠着骑兵的机动性，明军始终控制着战场的局势。李如松居中指挥，立花家族家将十时连久纵马抡刀直取李如松，李如松手持大刀跟十时连久斗了十几个回合，渐落下风，十时连久越战越猛，此时周围明军都陷入跟日军苦战中，离李如松最近的家将李有异一刀将小川成重斩落马下后，迅速向李如松靠拢，还没接近李如松，李有异就被几名日军用镰钩枪钩落马下，日军赶上，乱枪将李有异戳死。眼看李如松体力不支，李如梅一剑射中十时连久的面部，十时连久仰面栽倒。此时，日军潮水般向李如松涌来，铁炮和箭弩都像李如松这边招呼，查大受和祖承训带兵一路斩杀，拼命向李如松靠拢。四五个日军拿着倭刀砍向查大受，查大受大刀一挥，将几把倭刀架在大刀下面，那几个日军竟不能移动分毫，双方拉扯了几下，此时，日将久野重胜骑马挥刀砍向查大受，眼看查大受就要被砍中，看着大刀挥来，查大受身子向前一倾，久野重胜一刀砍在马背上，那马前蹄竖起，那几个日军抽出倭刀插在了马的肋部，查大受被掀了下来，久野重胜正准备去砍，不料山坡间土质松软，马的前蹄踩崩了一块土，久野重胜跌落马下，祖承训此时纵马从高坡上一跃而下，马的两只前蹄踏在久野重胜的胸部，久野重胜口中喷出一股鲜血，气绝而亡。查大受在旁边找了一名军士战死后留下的马，骑上后继续拼杀。日将安东常久来战查大受，几个回合后，被查大受砍去头颅，随后，日将安东幸贞又被祖承训斩落马下。此刻，李如松的一千家兵战死大半，剩下的近千名明军仍被日军一万多人包围，无法突围，李如松指挥着明军继续血战。此时的日军也打得苦不堪言，立花宗茂退下阵来主动要求小早川隆景接替自己，小早川隆景上阵后继续指挥日军跟明军拼杀，日军的包围圈越来越小。
戌时，明军左路军指挥杨元率兵赶到。前方战况令杨元大惊，杨元对手下亲兵说道：“速返大营，命钱世桢、李芳春、李镒率大军前来救援。”
杨云的一千骑兵迅速从北边冲破一个口子，看见杨元赶到，李如松立即带领明军从北面突围，日军随后追赶，明军边打边撤，日军追出十余里，明军骑兵依仗着速度很快将日军甩掉，日军遂撤回。碧蹄馆一役，明军阵亡三千五百人，日军阵亡七千人。李如松一千家兵大半阵亡，其中有数十名手持弯刀，百战余生的蒙古兵，一战下来，这几十名蒙古兵损失殆尽。
后半夜，李如松的军队回到坡州，柳成龙看见李如松神情凝重，不敢上前询问。李如松一言不发的走进营帐，众将在营帐外等候，稍顷，营帐内传来李如松“嚎嚎！”大哭声，李如松哭完后，走出营帐，向柳成龙招手，示意他进来。
柳成龙进帐后，李如松对柳成龙说：“目前，倭寇主力都在王京，我军兵少，若强攻，必然损失惨重，我欲退回开城，另想其他办法破敌，大人可给殿下上书陈述这里的情况。”
柳成龙听后，满脸无奈，两手一摊，但也没法，只好叹了一声。天亮后，明军开始渡过临津江，退回开城。
碧蹄馆一役，李如松虽然轻敌冒进折了数千精锐，但打得十几万日军呆在汉城不敢出来，可以说具有很强的正面意义。