玄武門、牡丹臺一線是日軍的主攻方向，參加進攻的日軍為朔寧、元山兩個支隊，兵力最多，是清軍防守部隊的2.7倍。
當大同江南岸的戰鬥打響之際，玄武門和牡丹臺一線也籠罩在戰前的死寂中。日軍朔寧支隊和元山支隊，總兵力達清軍防守部隊的二點七倍，正在黑暗中完最後的部署。立見尚文將站在一高地上，用遠鏡觀察著牡丹臺的外圍堡壘，那些在晨曦中若若現的工事，正是今日首要攻克的目標。
寒打溼了日軍的軍裝，士兵們默默檢查著手中的村田步槍。在另一側，清軍哨兵早已察覺到日軍的向。牡丹臺守將左寶貴徹夜未眠，他披重甲，在堡壘間巡視。
傳令各營，倭寇即將來犯，所有人各就各位！左寶貴的聲音在黎明前的寂靜中格外清晰。
四時整，朔寧支隊率先向玄武門外東北方牡丹臺外側的兩堡壘發起進攻。日軍士兵如水般湧來，刺刀在微弱的晨中閃著寒。幾乎在同一時刻，元山支隊也向西北方的兩堡壘展開攻擊。守壘的清軍立即還擊，槍炮聲瞬間打破了黎明的寧靜。
在玄武門城樓上，左寶貴手持令旗，親自指揮作戰。晨初現，照在他堅毅的面龐上。
傳令各炮位，集中火力打擊日軍前鋒！左寶貴的聲音在炮火聲中依然清晰。
六時二十分左右，戰鬥進白熱化階段。槍炮聲最為熾盛，硝煙與朝霧相混，幾乎咫尺莫辨。日軍在濃霧中若若現，清軍憑藉堡壘頑強抵抗。左寶貴在城樓上不斷調整部署，時而親自作火炮，時而指揮步兵反擊。
總兵大人，倭人死傷無數，仍猛進不止！副將焦急地報告。
左寶貴神凝重：傳令下去，務必守住每一寸陣地！
在牡丹臺西北方，元山支隊集中所有炮火向最外側的一堡壘猛轟。炮彈如雨點般落下，堡壘牆被炸開數個缺口。守壘的清軍雖拼死抵抗，但在日軍猛烈炮火下傷亡慘重。六時五十分，這堡壘終於失守。不久，第二壘也在日軍持續攻擊下被迫放棄。
七時十五分，元山支隊在佔領西北方兩堡壘後，立即轉向進攻江自康所部防守的箕子陵陣地。這裡的戰鬥尤為慘烈，清軍與日軍展開白刃戰。一位清軍哨手持大刀，接連砍倒數名日軍，最後中數彈，仍倚著戰旗不倒。
與此同時，朔寧支隊也在猛攻東北方的兩堡壘。立見尚文派出兩個中隊步兵，向最東北方的堡壘發起番衝擊。清軍憑藉堅固工事頑強抵抗，戰至七時半左右，終因傷亡過重而放棄堡壘。
至此，牡丹臺東北僅剩的一堡壘陷孤立無援的境地。日軍的山炮不斷髮榴霰彈，在堡壘上空炸，彈片如雨點般落下。但守軍仍然堅陣應戰，一位年輕的炮手在同伴全部陣亡後，獨自作火炮，直到被流彈擊中。
八時整，隨著最後一座外圍堡壘的失守，日軍元山、朔寧兩個支隊合兵一，從東、北、西三個方向包抄牡丹臺。牡丹臺作為平壤城的制高點，其戰略地位至關重要。日軍集中所有炮火向牡丹臺猛轟，掩護步兵進攻。
左寶貴親臨牡丹臺指揮，清軍憑藉險要地勢頑強抵抗。速炮不斷向衝鋒的日軍步兵還擊，給日軍造重大傷亡。日軍戰鬥頗為困難，進展緩慢。
為突破僵局，日軍炮兵集中火力轟擊牡丹臺堡壘。一發榴霰彈正中堡壘牆，碎石飛濺。接著，又一發炮彈擊中了速炮位，火炮被毀，炮手非死即傷。清軍死傷甚重，火力頓時減弱。
日軍乘勢發起總攻，士兵如螞蟻般攀附而上。八時三十分，在經歷四個多小時的激戰後，牡丹臺終於陷落。
正在玄武門指揮的左寶貴見牡丹臺失守，知道大勢已去。他毅然穿上賜黃馬褂，登上城樓最高，誓與城池共存亡。
總兵！快下來！太危險了！部將們焦急地呼喊。
左寶貴凜然道：我為大清將領，豈能臨陣退！
他繼續指揮戰鬥，先後兩次中彈，仍堅持不下火線。最後，一發炮彈在他邊炸，這位英勇的將軍壯烈殉國。他倒下的那一刻，手中仍握著指揮旗。
日軍佔領牡丹臺後，立即將火炮運上臺頂，向玄武門猛轟。城門樓被炸燬，僅餘四柱子兀然聳立。清軍火力大減，日軍乘勢派出小隊士兵，用繩梯攀上城牆。清軍見主將陣亡，士氣低落，紛紛潰散。日軍順利奪取玄武門。
然而，當日軍試圖向城推進時，卻遭到清軍的頑強狙擊。立見尚文見一時難以攻進城，便下令部隊撤至城北高地，暫作休整。
在城西南戰場，野津道貫率領的第五師團本隊於七時到達平壤西南的山川。日軍立即在丘陵上佈置炮兵陣地，向清軍堡壘開火。步兵隨後發起衝鋒，但被清軍擊退。
清軍兩度派出騎兵反擊，但由於地形不利，均遭失敗。戰場上戰馬嘶鳴，騎兵們在槍林彈雨中衝鋒。一位清軍騎兵把總在坐騎被擊斃後，仍持刀徒步衝鋒，最後壯烈犧牲。
時至中午，西南戰場陷僵持。野津道貫派落合兼知大尉偵察敵，回報說：清兵猶在，陣地不。
野津道貫與參謀長上田有澤、參謀福島安正等人商議戰局，皆棘手。野津忿忿地說：
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