1894年7月下旬，中日两军在朝鲜境内开战。清军在丰岛海面被日军偷袭之后，很快也被在陆上的成欢驿的日军偷袭(详见成欢之战)，由于朝鲜政府已被日本控制，叶志超、聂士成等部驻牙山的清军被迫绕道汉城，北撤到朝鲜北部重镇、平安道首府——平壤。毅军以分统马玉昆率五营一队(约2100人)，与淮军盛字军以及奉天的奉字练军、盛字练军一起，构成了四大军29营，于8月先期入朝，在平壤与从牙山退回的叶志超、聂士成部汇合，朝廷命叶志超为驻平壤各军总统。

平壤之战是双方陆军首次大规模作战。当时驻守平壤的清军共三十五营，一万五千人；进攻平壤的日军有一万六千多人，双方兵力旗鼓相当。平壤城的地势也非常险要，易守难攻。而且清军还得到朝鲜人民的支持。当时虽然朝鲜政府被强行拉到日本阵营，但朝鲜的平安道观察使闵丙奭积极协助清军作战，甚至连日本推上台的傀儡大院君李昰应都暗中给清军传递情报。 可惜清军并未充分利用这些优势，由于其主帅叶志超指挥失误和临阵脱逃，导致清军失败，以至于影响了整个战局。

日军分四路围攻平壤，兵力分散，由于李鸿章“先定守局，再图进取”的作战方针以及清将叶志超的胆小昏聩，左宝贵等人攻打日军的行动不断遭到叶志超的阻挠，日军遂顺利完成了对平壤的包围。1894年9月15日，战斗在三个战场同时展开：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。在大同江南岸战场，晨三时，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。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，据《明治廿七八年日清战史》公布的数字，“将校以下死者约一百四十名，伤者约二百九十名”。 中队长级大尉军官被击毙四名，少尉军官被击毙二名。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十旅团(又称朔宁支队)和佐藤正大佐的第十八联队(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，其部下三位营官也先后阵亡，午后二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五师团本队，于晨七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，在战局胶着的情况下，竟于午后四时树白旗停止抵抗，并下令全军撤退，日本便在清兵的退路上设下埋伏。当天雨夜，撤退的清军中伏，阵脚大乱，死亡2000人，被俘500余人。平壤之战以清军大败告终。以后6天中，清军狂奔五百里，一路逃至鸭绿江边，于21日渡鸭绿江回国。日军一路高歌猛进，占领朝鲜全境。