平壤守将正在争论战守策略的时候，日本陆军袭取平壤的军队已经在行进途中。
为进攻平壤，日军采取的是包抄合围策略，分朔宁支队、大岛义昌混成旅团、元山支队、师团主力四部行进，总兵力16000余人，由第五师团长野津道贯中将统一指挥。在预定的9月14日深夜，各路日军全部抵达预定进攻阵地，准备在第二天拂晓向平壤发起总攻。按照野津道贯的布置，大岛义昌混成旅团向守卫在平壤城对岸大同江浮桥桥头堡一带的清军阵地进攻；朔宁、元山两个支队进攻平壤城牡丹台高地一带。（朔宁支队已提前秘密渡过大同江，绕道平壤北部附近。）和清军的判断不同，日军认为牡丹台制高点是平壤城的要害，清军必然防守严密，所以将重兵投入这一方向。
负责指挥朔宁、元山支队的日本军官立见尚文少将，和他的中国对手的出身履历情况有很大不同。立见尚文1845年出生于日本桑名藩的一个藩士家庭，小名鉴三郎，作为武士从小接受枪术、剑术的训练，后进入德川幕府编练的近代化陆军，学习近代军事，在日本近代的倒幕战争中表现出了突出的军事才能，被誉为“东洋第一用兵家”。幕府垮台后，1877年他进入明治政府陆军，历任旅团副参谋长、大队长、联队长等职务，1886年被派往欧洲留学，归国后，1894年晋升少将，任步兵第10旅团长。此刻，他所指挥的朔宁、元山支队总兵力约7800余人，他怎样也无法料到，他的对手，驻守牡丹台一带的左宝贵部奉军兵力只有不足2000人。而且就在日军兵临城下的前一天，李鸿章接到叶志超的急报，连日心力交瘁的左宝贵突发中风，右边身体麻木，无法起床。[25]
侵略的炮火并不会讲丝毫的情理，15日凌晨4时30分，平壤大战首先在毅军、盛军驻守的大同江对岸一带打响，立见尚文所部也立刻开始了对自己目标的攻击。
“十五日黎明，当旭日将要从东面树林的后面升起的时候，朔宁支队靠近了敌军堡垒。这时江左岸有混成旅团奋战，右方有元山支队自坎北山开拔急袭敌军堡垒。”
日军记载，朔宁支队首先向牡丹台外围的奉军工事发起进攻。尽管兵力弱于日军，清军的抵抗仍极为顽强，战斗中日军还发现了清军使用13响连发毛瑟枪的特殊情况，这一新式武器就是李鸿章战前从旅顺调拨给奉军的。“突然以毛瑟十三连发枪，从侧面向我军部队射击，其势猛烈，势不可挡。”[26]借助炮火优势，经过恶战，日军于当天上午8时30分攻占了牡丹台高地。
