日军左、右两军在忠清道肆虐时，经理朝鲜军务的明朝都察院右佥都御史杨镐已经进入朝鲜。九月三日，杨镐为镇定人心，连夜从平壤驰赴王京。朝鲜国王李昖在慕华馆[21]迎接杨镐，双方相互作揖后，进行了初次会晤。
九月五日，李昖在王京的别殿正式接见了杨镐。李昖对这次会面非常重视，他一见到杨镐，就行了规模隆重的四拜礼，对他说：“大人光临陋地，请拜以谢。”
李昖行如此重礼，杨镐却不敢接受，连说：“不敢劳。”但是李昖坚持行礼，杨镐只好接受。李昖行完礼后，杨镐关切地询问了两个朝鲜王子的近况，并表示以后想要见他们，之后就迫不及待地想要离开了。
李昖急忙拦住杨镐，用乞求的语气对他说：“贼锋已迫恩津、连山之境。去此甚近，人心崩溃。请分送天兵，以为声援何如？”
李昖这一番话，是向杨镐汇报日军已经打进忠清道了，距离王京很近，希望明军能够分兵救援。
杨镐回道：“已知之矣，当分送军马剿捕防截。”
李昖听了这句话很激动，连忙从座位上站起来，将一封手帖递给杨镐。杨镐也从座位上站起来，他接下手帖，看完后交给了旁边的随从。
随后，李昖又向杨镐询问御敌之策：“大兵未集，贼势如此浩大，今贼已到公州，将有直冲之患。未知前头防备，何以为之？愿听大人分付。”
由于在朝鲜的明军很少，杨镐也没有十足的把握能够打败日军，他没有把话说死，只是说：“贼若犯突，则当观其势。量其众寡，可战则战，可守则守。”又说：“当尽心力，但恐才能未逮耳。”
杨镐只说自己尽力而为，没有绝对的把握，这给李昖浇了一盆冷水。李昖情绪低落，说不出什么恭维杨镐的话来，只好用礼貌性的措辞来结束这场谈话：“以小邦之事，致使大人忧劳，不胜未安。”（以上对话出自《宣祖昭敬大王实录》）
李昖非常失望，这一番谈话，不仅没有让他得到丝毫安慰，反而使他的内心更加惶恐。想到日军随时可能直驱王京，李昖就紧张到每天以泪洗面，向杨镐哭诉。杨镐安慰李昖，说即便明军打了败仗，也会保障朝鲜国王、宗室的安全。（《乱中杂录》）
为了防止日军一路北上，直捣王京，身在辽东的朝鲜战场最高指挥官御倭经略邢玠下发公文，饬令提督麻贵发兵扼守忠清道的天安、稷山，在王京前线堵截日军。麻贵接到命令后，命麾下解生、颇贵、杨登山、牛伯英4名骁将率领15员明军将官与2000精锐南下迎战日军。
据朝鲜史料《象村稿》记载，解生“骁勇善战，临战必先登”，颇贵“勇健善战”，杨登山“勇敢善战，临战必先登”，是明军中一等一的勇士，可见麻贵对此非常重视。但是这时候，明军在朝鲜的总兵力不过1万多人，能出动的兵力实在有限，麻贵只抽得出2000余人。此时，由于天安已经陷落，明军未能按照邢玠的命令进入天安，只能在稷山以南4公里、稷山与天安之间的地带设下埋伏。
九月七日，日军右军黑田长政的先锋黑田图书助、栗山四郎右卫门在天亮之前从天安北上，向稷山进军。（《黑田家谱》）当时黑田军并不知道明军在稷山、天安之间设下埋伏，但是他们非常狡猾，故意穿着朝鲜人的白色衣服，伪装成朝鲜军，意图用障眼法骗过明军和朝鲜军。（《宣祖昭敬大王实录》）
天亮之后，黑田军先锋抵达稷山地界。他们发现了埋伏在这里的明军，并误以为对方数量众多。黑田图书助等将不知如何是好，因为他们人数不多，主力部队还在后方，于是想要撤退，与黑田长政会合。但是一名叫毛屋主水武久的武士表示反对，提议正面迎战明军，他说：“我见过无数大军，但规模都没有比得上长筱合战的。眼前的敌人比长筱合战的时候还多出数倍，如果我们逃跑，一定会被敌人追杀，全军覆没。同样是死，还不如冲上去，死在战斗中。如果我们齐心协力对敌军发起决死突击，说不定还有生还的机会。”
此言一出，武士上原新左卫门表示赞同，其余诸将也纷纷附和。毛屋主水武久又说：“敌人使用铁盾，我军不可用铁炮取胜。就以铁炮声作为攻击的信号，一齐突击敌军，趁机乱砍乱杀，不要割取首级。”诸将皆表示赞同。于是，黑田军前锋举起铁炮向天空鸣放，之后借着弥漫的硝烟，大声叫喊着向前突击明军。（《黑田家谱》）
明军完全没有察觉到眼前这些穿着白色衣服的“朝鲜人”是由日军伪装的，因此并未料到他们会突然攻过来，一时间受到惊吓，以致铁盾被黑田军打掉，队伍稍稍退却。黑田图书助等人趁明军稍退，立刻退兵。（《黑田家谱》）但明军很快便反应过来，识破了这些“朝鲜人”是由日军伪装的，于是骑兵上前与日军厮杀起来。战斗过程中，明军使用了火炮、弓箭、棍棒等多种武器。（《宣祖昭敬大王实录》）
黑田军先锋与明军开打后，听到前方传来铁炮声的黑田长政，率领麾下3000士兵向稷山进军，并派出家臣枝次右卫门前去查探敌情。黑田长政既怀疑先锋只是在用铁炮打猎，又担心已遭遇了敌人。
随即，黑田长政派遣家臣后藤基次、黑田三左卫门、野村市右卫门奔赴前阵，他们看到了前方的明军阵地。根据《黑田家谱》的夸大记载，黑田军看到山边的明军有几万骑，山下的原野里亦有五六千人。然而，明军的真实兵力不过只有2000人罢了。而后，作为援军的黑田家将领们，看到黑田军的先锋队被驱赶到一座土桥上，与明军对峙。后藤基次比黑田三左卫门先赶到稷山战场，他认为黑田军不敌明军，连忙纵马逃到左方的山冈，并招呼黑田三左卫门一同上山。但是黑田三左卫门表示拒绝，他说：“我方人数稀少，如今被敌方大军包围，很可能会寡不敌众。但是如果让这一庞大军队过了桥，他们一定会攻入长政公的大本营。所以我们要做好九死一生的准备，必须逼退他们。”
说完，黑田三左卫门就一马当先跃上桥，力斩扑向土桥的数名明军士兵。在他的指挥下，黑田军先锋部队在桥上展开了激烈的防御战，挫败了试图过桥的明军，并将其逼退。后藤基次待在左方山冈上，没有像黑田三左卫门一样上前硬拼，而是命令后藤部队在山冈上不断驱驰，造成一种黑田“大军”占据山头的假象，令明军难以捉摸黑田军的兵力究竟有多少，以迷惑明军，拖延时间。（《黑田家谱》）
不久，黑田长政抵达前线，他登上东面的山头观察敌情，感慨地说道：“敌兵十倍于我，而我兵没有后援部队，不可不死战！”
黑田长政调整阵形，将军队布置为右备军、左备军、本队，准备迎战明军。根据黑田长政的部署，右备军一队由母里太兵卫、栗山四郎右卫门、黑田兵库助指挥，二队由井上九郎右卫门、野村市右卫门指挥；左备军一队由后藤基次、黑田三左卫门指挥，二队由黑田图书助、桐山孙兵卫指挥；剩下的士兵作为本队。（《黑田家谱》）
右备军一队的母里太兵卫骑马先行，命令士卒使用铁炮攻击明军。同为右备军一队的栗山四郎右卫门与左备军一队的后藤基次，也在呐喊声中对明军发起了突击。明军为反击黑田军，先派出射手，用弓箭对黑田军进行猛烈射击，之后再与黑田军展开激烈的白刃战。混战之中，明军副总兵解生、参将杨登山、游击牛伯英包围了黑田兵库助、黑田图书助、母里太兵卫、栗山四郎右卫门、后藤基次。黑田兵库助等人左冲右突，费了很大力气，才突出重围。（《义弘公御谱中》）
黑田长政见状，亲自率领本队2000人与明军展开厮杀。[22]就在黑田军陷入危局之际，日军右军大将毛利秀元的先锋宍户元续带人赶到战场，与黑田长政一同突击明军。在第二次侵朝战争中，黑田长政军的人数是5000人，宍户元续军的人数是2950人（《毛利家侵略军役表》），两者合计有7950人。这些兵力是否全部参与稷山之战存在着疑问，并没有一手史料记录下当时日军的兵力是多少，因此只能模糊认定此时在稷山战场上的日军兵力是数千人。
混战中，两军往来冲突，但整体上还是明军占了上风。根据《宣祖昭敬大王实录》记载，明军当阵斩杀穿戴金盔、金甲的“金甲倭”数人，这些“金甲倭”被明军将士们断定为“贼酋”。后来被俘的毛利军士卒供称，日军在稷山战死的较高级将领有20多人，士兵战死了五六百人，大多属于黑田军。黑田军在稷山之战中减员十分之一，这让黑田长政十分气恼，不想让别人知道，事后“耻而隐讳”。（《宣祖昭敬大王实录》）
激战至下午，战场上的局势突然发生了决定性的逆转。随着日军士卒登上山头，举起白旗作为信号，顷刻间日军大部队相继云集——由日军右军大将毛利秀元率领的大军团自天安驰援而来。日军右军大将毛利秀元接到黑田长政在稷山陷入险境的急报后，亲自率领大军奔赴战场进行救援。
在得到毛利秀元大军团的兵力补充后，稷山战场上的日军总兵力达到了3万人左右，而明军只有区区2000人。解生、杨登山、颇贵、牛伯英四将纵然再骁勇善战，也无法抵抗人数众多的日军，于是驱驰快马撤离战场，一路退到稷山以北的振威。（《黑田家谱》《宣祖昭敬大王实录》《宣庙中兴志》《续本朝通鉴》）此时日暮将近，日军并没有追击明军。
对于明军撤离时的细节，毛利秀元的家臣志道广行编纂的《毛利家记》有比较详细的记录。此书说，毛利秀元收到黑田长政在前线遇险的消息后，及时驰援，击杀明军数千人，溃败的明军奔逃上山。原文记载道：
秀元督军到天安，先锋黑田长政与大敌战，殆危。秀元驰救，而斩数千人。敌兵逃上山者，以译启秀元营曰：“我辈为援朝鲜，征发而至，与贵国无仇怨，尔后不复与贵国争，请怜而宥之。”且请印记而为信。秀元许之，印其旌而与之。
笔者认为，《毛利家记》声称击杀数千明军这一说法太过夸张，因为明军总兵力不过2000余人，所以自然不是实情。有可能毛利军来到稷山战场后，击杀了一部分明军，因此造成明军崩溃并撤离战场，但明军阵亡人数没有夸张到了数千人。至于说有一部分明军逃上山，通过翻译向毛利秀元乞和，则无法佐证。
比《毛利家记》更夸张的，是后世成书的日本史料《历代镇西志》。此书声称，黑田长政、毛利秀元在稷山之战中打败了整整50万明军，杀死数千人。但当时在朝鲜的明军只有1万多人，哪里来的50万大军？这一说法无疑是胡扯。《续本朝通鉴》同样荒诞不稽，居然说明军在稷山之战中死亡1万余人，这比明军在稷山之战投入的总兵力多出了8000人左右。
明军究竟在稷山之战中阵亡了多少人，还需要参考其他史料。关于这一点，留下记载最多的是日本史料，明朝、朝鲜史料反倒是很少留下笔墨。日本史料方面，江木戬的《加藤清正传》记载，明军阵亡70人，这是最低的一个记录。再往上，《黑田家谱》记载明军阵亡一百五六十人，《征韩役录》记载明军阵亡160余人，《安西军策》记载明军阵亡200人。这些日本史料记录的数字都还在正常范围之内，没有《毛利家记》《历代镇西志》《续本朝通鉴》这三本书说得那么夸张。
明朝史料方面，只有《万历邸钞》记录了明军在稷山之战中的死亡人数，说是四五百人。不过这一数字甚至超过了许多日方的记录，也未必是事实。
笔者认为，最接近实情的应是黑田家的原始史料《黑田家文书》，该书记录黑田长政在稷山之战中割取了85个明兵的鼻子。明军率先离开，留下的日军有足够的时间打扫战场、清点伤亡，因此这一数字基本能够代表明军在稷山之战的真实死亡人数。
不过，如果考虑到毛利秀元的援军大部队来到稷山后与明军发生了冲突（而不是明军从容撤退），那明军的实际阵亡人数应在85人之上。朝鲜官方史料《宣祖昭敬大王实录》也记载，“解总兵等四将去夜发稷山前来，唐兵亦多死者云”，可见明军确实出现了较大的伤亡。但明军阵亡人数再多，也不会是《毛利家记》《历代镇西志》《续本朝通鉴》中吹嘘的数千人、1万多人。
现将明朝、日本史料对稷山之战中明军死亡人数的记载整理如下：
明军死亡人数 史料出处 史料性质 70人 （日）《加藤清正传》（江木戬版本） 加藤方立场史料 85人 （日）《黑田家文书》 黑田方一手史料 一百五六十人 （日）《黑田家谱》 黑田方立场史料 160余人 （日）《征韩役录》 岛津方立场史料 200人 （日）《安西军策》 毛利方立场史料 四五百人 （明）《万历邸钞》 明朝邸报 数千人 （日）《毛利家记》 毛利方立场史料 数千人 （日）《历代镇西志》 日本九州岛通史 1万余人 （日）《续本朝通鉴》 日本通史此战的经过，概括来说就是这样：第一阶段，明军以2000余骑对战拥有数千兵力的黑田长政军与毛利军先锋，杀死敌军五六百人，拥有绝对优势；第二阶段，毛利秀元大军出动，使得日军兵力达到3万人左右，明军的兵力处于绝对劣势，加上死了不少人，于是便撤离战场，结束了战斗。