日军方面在打败牙山、成欢清军后，即准备北攻平壤。9日2日，在朝日军第五师团长陆军中将野津道贤决定将1．5万日军分作四路进攻平壤。具体部署是：陆军少将大岛义昌率5000日军由汉城出发，沿大道指向平壤东南，从正面进攻；野津道贯率兵5000渡大同江下游，进攻平壤西南；陆军少将立见尚文率兵2000渡大同江进攻平壤东北，称“朔宁支队”。

陆军大佐佐藤正率兵3000自元山登陆（称“元山支队”），攻平壤北部，截断清军后路。四路分进合击，定于9月15日包围平壤，发动总攻。

甲午平壤之战

9月13日，四路日军均已逼近平壤，元山支队进至顺安，切断了清军退往义州的后路。14日晨，元山、朔宁两支队一齐发起攻击，攻占城北山顶清军营垒数座。左宝贵亲自督队争夺，未能成功，只得率部退入城内。当晚，叶志超见城北形势危急，主张弃城逃跑，遭到左宝贵等将领的反对。左宝贵派亲军监视叶志超，防止其逃跑。

15日晨，日军按计划发动总攻。大同江东岸的日军混成第九旅团在大岛义昌率领下分三路进攻平壤城东南。扼守大同江东岸的马玉崑部奋力抵抗，与进攻之敌展开肉搏，自晨至午后，终于打退了日军的进攻。北路战斗更加激烈。日军于当天拂晓再次发起进攻，左宝贵亲自登玄武口指挥。战至上午，日军先后攻破玄武门外的五座堡垒，并向玄武门猛烈突击。左宝贵为表示誓与平壤共存亡的决心，身穿黄马褂，继续指挥，中炮阵亡。日军于中午占领玄武门。在此紧急关头，作为主帅的叶志超不是部署力量加强防守，而是让部将在城头竖起白旗投降，并下令撤军。当时东西两路清军已将进攻之敌击溃，正准备乘胜出击，接到撤军命令后只得率部回城。

当晚，叶志超乘夜暗率守军仓惶逃出平壤。日军于城北山隘堵截，打死打伤清军2000余人，俘虏数百人。清军退至顺安时，又遭日军拦击，损失惨重。16日，叶志超等逃至安州，然后又往义州逃跑。至24日，清军全部退过鸭绿江，撤至境内。

战争结局

日军随之占领朝鲜全境，并将战火烧到中国境内。平壤之战前后不过两天，清军即竖白旗乞降，撤出平壤，使敌仅以伤亡600余人的代价即占领平壤并进而占领朝鲜全境，这一战争结果完全是由于清政府的腐败和前敌主帅昏聩无能造成的。从战略上看，清政府执行消极抵抗政策，没有与敌人血战到底的勇气和决心，一味坚持保守方针，致使2万清军株守平壤，坐待敌人进攻。从作战指挥上看，清军更是无所作为。在战争已经开始，敌人进攻在即的时候，清政府任命成欢逃将叶志超为各军总统，作为前敌主帅。叶志超庸懦怯敌，既不敢驱军南下，主动歼敌，也没有保卫平壤的决心，一经接仗，精神先溃，再次率先逃跑，致使军心大乱，在撤退过程中多次被日军截击，死伤枕籍。平壤之战失败，叶志超确应负主要责任。至于日军方面，早将清军底牌摸清，故能按原定计划稳步推进，凭借优势火力和组织完善、训练有素的军队打败清军。

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