临津江战败的消息传到平壤之后，朝王李昖遂遣四王子信城君李珝及五王子定远君李琈至咸镜道宁边躲避战祸。又命右议政尹斗寿作为平壤守城大将，都巡查使李元翼、观察使宋慎言、宁边节度使李润德为副将守卫平壤。李昖其实对固守平壤不报希望，准备一旦平壤失陷，自己就渡过鸭绿江，内附大明。
6月2日，金命元、韩应寅率临津江战败的四千残兵与在尹斗寿所部汇合同守平壤。临津即失，开城也随之陷落，日军第一、第三番队开始进逼平壤。在大同江畔的栽松亭扎下三座营盘。日军扎营后，一方面寻找渡江的办法，一面建起炮垒（铁炮塚）不断向朝军阵地轰击，以摧垮对方士气。
同时，日方向朝鲜提出合谈，要求朝鲜护驾大臣可奉国王躲避，向日方开通攻略大明之路。朝鲜使者吏曹判书李德馨回答，日本进犯中原，应向浙江方面攻击，为何进兵攻打朝鲜，实则乃是灭亡朝鲜之计。大明是朝鲜的父母之邦，让朝鲜背叛大明，宁死不从。
史记：“贼曰，日本非与贵国相战。顷于东莱、尙州、龙仁等地，皆送书契，贵国不答，以兵相接，吾等遂至此。愿判书奉国王避地，开吾向辽之路。德馨答曰，贵国，若只欲犯中原之事，则何不向浙江，而向此乎？是实欲灭吾国之计也。天朝乃我国父母之邦，死不听从。贼曰，然则不可和也。”
谈判无果，日韩双方只能以武力解决争端。因屡败而遭李昖严厉斥责的朝鲜都元帅金命元与右议政尹斗寿开始整军备战，朝鲜集结了约一万三千兵马，准备以扬州牧使高彦伯率领北镇边兵为前锋，对日军发动夜袭。（“贼势懈迟，我抄精兵，潜袭贼阵，可破也“。)
6月11日，大同江夜袭戦爆发。都元帅金命元、巡查使李元翼命扬州牧使高彦伯为副将率军五千，以三百北镇精甲为先锋，对逼**壤的小西第一番队与黑田第三番队发动夜袭戦。朝鲜军先胜后败，虽夺得战马三百多匹，但戦死甄山郡守（从四品）李宣、碧丹万户（正五品）任旭景、进勇校尉閔汝虎等千余人。
日军亦折损宗義智の侍大將木村智清、中村平次、平山將監、古藤八郎兵衛、竹冈(阿比留)节右衛門，黑田长政堂弟黒田次郎兵衛（黑田长政の従弟、伯母妙寿尼の子，を矢傷が元で失い”。)等六百多人。黑田长政手臂也被箭矢射伤，在家臣渡边平吉协助下才得以脱困。
朝军突击的兵力为常年与女真交战的北边道精锐，在夜袭白刃格斗中对日军造成一定的杀伤。但是，朝鲜北镇边军精锐只有三百，其余皆为新募之军，韧劲不足。最终，日军凭借兵力优势击退了朝鲜军队的夜袭。朝方史料记载了大同江之戦的经过，言及先胜后败过程。
史记：“自平壤城外之贼，分驻江上，作十余屯，结草为幕，累日不得渡，警备颇怠。都元帅金命元自城上望见，以为可乘夜掩袭，乃抄出精兵，使高彦伯等领之，从浮碧楼下绫罗岛，潜以船渡军，初约以三更举事。失时刻，旣渡则已昧爽矣，见诸幕中贼犹未起，遂前突第一阵。贼惊扰，我军多射杀贼兵士，任旭景先登力戦，为贼所害，夺贼马三百匹。俄而列屯贼悉起大至，我军退走，还趋船，船上人见贼兵已迫中流，不敢舣船，渰水死者甚众。余军又从王城滩，乱流而渡，贼始知水浅可涉。是日暮，贼举众由浅滩以济，我军之守滩者，不敢发一矢，皆散走”。（朝·申炅《再造藩邦志》）
大同江之战，日军第一，第三番队将佐死伤较多，对朝鲜北镇边军的突击印象深刻。顾而在日方史料中较为详细的描绘了此战的经过，言及中村平次、平山將監等骁将皆戦殁于阵中，宗義智黑田长政、督軍奋战的过程。
夜战中日军最大的收获是获得渡江进攻平壤的路线。原来，戦败的朝鲜军队自大同江王城滩涉水逃逸时，被日军发现可涉渡之地，正苦于无法渡江的日本小西与黑田等倭酋遂集结重兵渡江发起进攻，朝鲜岸防部队皆溃。
史记：“我諸將布陣屯於江灘，隔江相挑。命元望見，謂敵警備頗怠，可乘夜掩襲敗之。擇精銳使高彥伯率李宣、任旭景、閔汝虎从浮碧樓下绫羅渡來突，入義智營亂斫，奪馬三百餘匹。杉村智清、竹罔節右衛門等，同拒戦多殺獲，智清死之。義智督軍後進，斬李宣、仕旭景等人，从士中村平次、平山將監、阿比留节右衛門戦殁。虜又突長政陣，吉田六郡大夫、後藤基次、黑田次郎兵衛奮進当之，虜多射手，飛箭雨下，次郎兵衛蒙創後死。
长政見之馳入虜陣，縱橫轉擊，有李王理者以半弓射長政，貫其肘，長政不拔箭而追之，渡边平右衛門來援，助長政斬王理於水中。田路勘四郎、衣笠宗兵衞驰骑过堤下，过一虏挥刀击之。虏干大力强，以袖缠刀夺之，执宗兵卫挟其头饮江数次，勘四郎驰至，见宗兵卫困迫殆死，即从背后斩虏。诸营兵齐起放炮铳，挥刀进击，虏军大败走，赴船淹死者甚多，馀军从主城雠乱流而去。行长义智始知水浅，可涉处即举涉渡，李谥李润德弃兵先走，尹斗寿金命元亦从普通门鼠窜，平壤城亦失守矣”。（日-木下眞弘《丰太阁征外新史》）
