9月15日，日军按照原定计划对平壤发动总攻。战役在三个战场展开：其一为大同江南岸（船桥里）战场；其二为玄武门外战场；其三为城西南战场。

凌晨3时，日军第九混成旅团分左、中、右三路向大同江南岸守垒清军发起进攻。(http：／／.）。马玉昆指挥的守垒清军立即进行自卫还击，大同江北岸清军大炮也隔江遥击，炮火极为猛烈。日军进攻部队暴露在垒前开阔地面，毫无掩蔽，伤亡惨重。日军督队官下令“宁死勿退”，驱赶士兵，拼死冲击。小鬼子被迫冒死向大道两傍左、右翼堡垒发起冲锋。守卫在大同江渡口桥头堡及江北各垒清军，互相配合，猛烈夹击日军，日军死伤甚多。清军见状，从垒内冲出，发起反击。日军立现踌蹰之色，逡巡后退。日军指挥官田有沢少将挥刀督战，不准士兵后退，两军展开白刃格斗。激烈的战斗一直持续到下午一时，小鬼子损失惨重，已经无力再战，田有沢少将只能下令撤退。

玄武门、牡丹台一线是日军的主攻方向，参加进攻的日军为朔宁、元山两个支队，兵力最多，是清军防守部队的2.7倍。9月15日凌晨4时许，朔宁支队向玄武门外东北方牡丹台外侧清军的两处堡垒发起进攻；元山支队于同时向牡丹台外侧西北方清军两处堡垒发起攻击。守垒清军进行顽强抵抗。奉军总统左宝贵亲自登上城墙指挥战斗，我军士气大振，拼死抵抗倭寇进攻，战斗异常激烈，枪炮声响成一片，硝烟与朝雾相混，几乎咫尺莫辩。倭寇死伤惨重，但是在倭人指挥官的督战之下，仍然拼死猛进。战斗一时间陷入了到了僵持阶段，但是随着战斗的不断进行，日军凭借其悍不畏死的精神，逐渐扭转局势，渐渐的占据了上风，牡丹台一线清军开始呈现出溃败的趋势。