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。
当大同江南岸的战斗打响之际，玄武门和牡丹台一线也笼罩在战前的死寂中。日军朔宁支队和元山支队，总兵力达清军防守部队的二点七倍，正在黑暗中完成最后的部署。立见尚文少将站在一处高地上，用望远镜观察着牡丹台的外围堡垒，那些在晨曦中若隐若现的工事，正是今日首要攻克的目标。
寒露打湿了日军的军装，士兵们默默检查着手中的村田步枪。在另一侧，清军哨兵早已察觉到日军的动向。牡丹台守将左宝贵彻夜未眠，他身披重甲，在堡垒间巡视。
传令各营，倭寇即将来犯，所有人各就各位！左宝贵的声音在黎明前的寂静中格外清晰。
四时整，朔宁支队率先向玄武门外东北方牡丹台外侧的两处堡垒发起进攻。日军士兵如潮水般涌来，刺刀在微弱的晨光中闪着寒光。几乎在同一时刻，元山支队也向西北方的两处堡垒展开攻击。守垒的清军立即还击，枪炮声瞬间打破了黎明的宁静。
在玄武门城楼上，左宝贵手持令旗，亲自指挥作战。晨光初现，照在他坚毅的面庞上。
传令各炮位，集中火力打击日军前锋！左宝贵的声音在炮火声中依然清晰。
六时二十分左右，战斗进入白热化阶段。枪炮声最为炽盛，硝烟与朝雾相混，几乎咫尺莫辨。日军在浓雾中若隐若现，清军凭借堡垒顽强抵抗。左宝贵在城楼上不断调整部署，时而亲自操作火炮，时而指挥步兵反击。
总兵大人，倭人死伤无数，仍猛进不止！副将焦急地报告。
左宝贵神色凝重：传令下去，务必守住每一寸阵地！
在牡丹台西北方，元山支队集中所有炮火向最外侧的一处堡垒猛轰。炮弹如雨点般落下，堡垒胸墙被炸开数个缺口。守垒的清军虽拼死抵抗，但在日军猛烈炮火下伤亡惨重。六时五十分，这处堡垒终于失守。不久，第二垒也在日军持续攻击下被迫放弃。
七时十五分，元山支队在占领西北方两处堡垒后，立即转向进攻江自康所部防守的箕子陵阵地。这里的战斗尤为惨烈，清军与日军展开白刃战。一位清军哨官手持大刀，接连砍倒数名日军，最后身中数弹，仍倚着战旗不倒。
与此同时，朔宁支队也在猛攻东北方的两处堡垒。立见尚文派出两个中队步兵，向最东北方的堡垒发起轮番冲击。清军凭借坚固工事顽强抵抗，战至七时半左右，终因伤亡过重而放弃堡垒。
至此，牡丹台东北仅剩的一处堡垒陷入孤立无援的境地。日军的山炮不断发射榴霰弹，在堡垒上空爆炸，弹片如雨点般落下。但守军仍然坚阵应战，一位年轻的炮手在同伴全部阵亡后，独自操作火炮，直到被流弹击中。
八时整，随着最后一座外围堡垒的失守，日军元山、朔宁两个支队合兵一处，从东、北、西三个方向包抄牡丹台。牡丹台作为平壤城的制高点，其战略地位至关重要。日军集中所有炮火向牡丹台猛轰，掩护步兵进攻。
左宝贵亲临牡丹台指挥，清军凭借险要地势顽强抵抗。速射炮不断向冲锋的日军步兵还击，给日军造成重大伤亡。日军战斗颇为困难，进展缓慢。
为突破僵局，日军炮兵集中火力轰击牡丹台堡垒。一发榴霰弹正中堡垒胸墙，碎石飞溅。紧接着，又一发炮弹击中了速射炮位，火炮被毁，炮手非死即伤。清军死伤甚重，火力顿时减弱。
日军乘势发起总攻，士兵如蚂蚁般攀附而上。八时三十分，在经历四个多小时的激战后，牡丹台终于陷落。
正在玄武门指挥的左宝贵见牡丹台失守，知道大势已去。他毅然穿上御赐黄马褂，登上城楼最高处，誓与城池共存亡。
总兵！快下来！太危险了！部将们焦急地呼喊。
左宝贵凛然道：我身为大清将领，岂能临阵退缩！
他继续指挥战斗，先后两次中弹，仍坚持不下火线。最后，一发炮弹在他身边爆炸，这位英勇的将军壮烈殉国。他倒下的那一刻，手中仍紧握着指挥旗。
日军占领牡丹台后，立即将火炮运上台顶，向玄武门猛轰。城门楼被炸毁，仅余四根柱子兀然耸立。清军火力大减，日军乘势派出小队士兵，用绳梯攀上城墙。清军见主将阵亡，士气低落，纷纷溃散。日军顺利夺取玄武门。
然而，当日军试图向城内推进时，却遭到清军的顽强狙击。立见尚文见一时难以攻进内城，便下令部队撤至城北高地，暂作休整。
在城西南战场，野津道贯率领的第五师团本队于七时到达平壤西南的山川洞。日军立即在丘陵上布置炮兵阵地，向清军堡垒开火。步兵随后发起冲锋，但被清军击退。
清军两度派出骑兵反击，但由于地形不利，均遭失败。战场上战马嘶鸣，骑兵们在枪林弹雨中冲锋。一位清军骑兵把总在坐骑被击毙后，仍持刀徒步冲锋，最后壮烈牺牲。
时至中午，西南战场陷入僵持。野津道贯派落合兼知大尉侦察敌情，回报说：清兵犹在，阵地不动。
野津道贯与参谋长上田有泽、参谋福岛安正等人商议战局，皆感棘手。野津忿忿地说：
我今率兵于千里之外与敌作战，蕞尔此城，竟不能陷之，有何面目归谒我天皇陛下？我意已决，明日之战，举全军以进逼城下，冒敌弹，攀胸墙。胜败在此一举！我军幸得陷城，我愿足矣；如若不幸败绩，平壤城下即我葬身之处！
于是下令停战，以待明日再战。
夕阳西下，平壤城各处的战火暂时停息。左宝贵的遗体被亲兵冒险抢回，他身穿的黄马褂已被鲜血染红。在西南阵地，清军士兵默默修补工事，收集弹药。阵亡将士的遗体被整齐排列，准备安葬。