幸州山城位于王京西南部，距离王京路程约三里。此山丘三面高峻，东南、西南临水，仅在西南有一条道路上山，而且十分艰险，且山上还有一处井泉。万历二十一年正月，全罗道巡察使权栗 领军从水原秃城北上，路过阳川江岸时，令节度使宣居怡领一千七百人防守江岸，自领精兵二千三百，乘着日军加固汉城城防时，从水原秃城转移到高阳的幸州山城。命驻防将赵敬抢修营垒，将原有旧城整备为一丈高的石垣，并在城前增筑鹿角城栅，在得到朝鲜军队抵达幸州的消息，在汉城附近的僧兵一千人，在处英和尚的带领下，前来协防。
然而权栗的这次进驻，是毫无后续配合的军事冒险行动，幸州山城“四面周廻三百余步，不可置大兵”，也就是说，幸州山城本身过于狭小，因而无法驻屯重兵。而权栗带领的2300人，在王京数万日军目前简直是微不足道，无论是对朝鲜、还是对日军而言，幸州山城守军存在的象征意义，要远大于其军事意义。此时此地，与周边明、朝联军脱节的权栗一部孤军，无力对汉城日军构成实际上的威胁。由于幸州山城本身的地形限制，就收复汉城而言，狭小的幸州山城不能囤积物资也无法集结重兵，对收复汉城而言没有太多实际意义。
2月11日，权栗部探哨前往汉城近郊毋岳岘，遭遇日军巡逻队，朝军八、九人被杀，随后日军出动约1200人，堵塞幸州山城陆路交通。次日凌晨，日军自汉城向幸州山城进发，一 番队小西行长、二番队石田三成等奉行众、三番队黑田长政、四番队宇 喜多秀家、五番队吉川广家、六番队毛利元康与小早川秀包、七番队小早川隆景。王京日军由总大将宇喜多秀家亲自督战，总兵力为3万人。值得一提的是，号称西国无双的立花宗茂因为在碧蹄馆损失惨重，对其造成了极大的心理震动，他这次干脆就没出战。小早川隆景同样收到的震动很大，借口感冒咳嗽，由兼久内藏丞等三名家臣 代替其出阵。凌晨时分，日军全军抵达幸州山城西北部约五里处的平原上。
黎明时分，权栗得到斥候的报告：日军分为左右两翼，各持红、白 旗帜，正从弘济院直向幸州山城而来。权栗下令军中不 要轻举妄动，切勿发出一点声音。他登上高台往外望去，只见在不远处的高原上，日军弥漫山野。 对面山野上的日军也从岭头眺望幸州山城，只见城中没有一点动静。增田长盛、加藤光泰、长谷川秀一等人感到很奇怪，于是派出100余名骑马武士前去侦察。当日军侦察兵进迫城下时，城中将士在权栗的命令下屏息以待，安静地没有发出 任何声音。但这不能打消日军退兵的念头，3万日军很快就“蔽野而 来”，直杀向幸州山城，并“一时围抱，直进冲突”。
幸州山城后临大江，朝鲜军完全没有退路，所以将士们殊死作战。日军以幸州山城道路狭窄，以各部次序轮番进攻，朝鲜军以处英部僧军专守外栅以枪剑戳刺，正规军依托石垣协防，居高临下，以弓箭、石块反击攻城日军，并杂以大小胜字铳筒及震天雷等火器对攻城日军发射。这里地形险要，日军只能冒死顶着朝鲜军的 箭雨、火器、投石，在山城之下不停变化队列向前推进，大呼奋战。
“板载！”“压机给给！”日军就像二战时期的后代畜生一样发起了板载冲锋（自杀式进攻），战死者“相继曳出，而犹进不退”，一共反复冲锋达八、九次之多。其中，吉川广家、毛利元康及宇喜多秀家部将户川达安三队甚至在极度险恶的条件下一度突破外城僧兵防守区域，抵达权栗部防守的石垣重城。眼见日军势大，僧军向内城退却。
眼见情况紧急，权栗亲自拔剑，斩杀后退僧军数人，终于重新击退日军，再立外围城栅。日军自身也损失不小，其中宇喜多秀家、石田三成二人的大将旗都被扯裂了，吉川广家也伤了额头。
双方从卯时打到酉时，日 军三进三退，无法轻易将幸州山城攻克，而朝鲜军的箭镞也将用尽 了。这时朝鲜忠清道兵使丁杰派遣船只运来箭支，从幸州山城背后的大 江输送到了城中，保障了城中武器充足。急了眼的日军又抬着一顶高大的轿子出现在战场上，上面载着几十个铁炮足轻，这些 人立于高处，对着栅栏内的朝鲜军不断放铁炮。但是权栗的助防将赵儆取来大炮，直对着日军的大 轿放，一下子就将日军的大轿给击碎了。日军不死心，又趁着风势将点 燃的稻草丢向幸州山城的栅栏，想要将其烧毁，但很快就被朝鲜军用水给扑灭了，日军的阴谋再次被挫败。
最终，筋疲力尽的日军没能打下这座要塞，为防止有大队援军前来夹击，当晚退回汉城。日军刚一撤 退，朝鲜军就趁机出城追击，用朝鲜军最擅长的半弓射向日军，增田长盛等人大败，就连日军大将宇喜多秀家也被朝鲜军的弓箭射伤。
然而周边不远处的朝鲜将领，战时、战后均未有一兵一卒援军前来，反而攻城日军中有大量原朝鲜军人——“上曰：贼所射，有我国箭乎？景禧曰：多中片箭者，贼中必有我国之人，投入助战也。”为防日军次日再次进攻，自知无力抵御的权栗将幸州山城焚毁，并将日军遗弃的尸体肢解以泄愤，全军退向坡州。虽然朝鲜军在幸州山城之战中获得了战术性的胜利，但是在战略上还是被 迫放弃了幸州山城这一据点，对当时的整个战局而言起不了太大作用。
幸州山城之战，与碧蹄馆之战一样，为规划中的汉城之战里的前期准备，两次作战战场距离汉城均为三日本里。明军在断粮前夕的最后一次努力失败，最终未能穿越砺石岘，而朝鲜军战后弃城而走，两军均未能在汉城近郊建立稳固的前哨阵地。日军在此战中暴露了其缺乏攻坚的能力以及重火力上的贫弱；而朝鲜军队在焚城而退的所谓大捷中，则再次暴露了其军队的混乱，各部之间难以、乃至拒绝互相配合的情况，而权栗特意将僧兵放置在最危险的外城，也凸显了朝鲜义军的尴尬地位。对于这场战斗，朝鲜人自己很清楚这场胜利的真正因由——“大槪今日之事，天幸也。诸将不相救，而亦有诸将声势相倚，故天兵已退，而贼不能知其有无。其翌日贼不复来，此亦天幸也。”
日军不知幸州只是孤军，而朝鲜人在日军撤军之后立刻弃城而走，同样也体现了所谓幸州大捷的侥幸性和象征性——以及不可复制性。而相比碧蹄馆之战明军试图达成前出控制茂陵一带，参考碧蹄馆、幸州山城周边地形及城邑仓储，碧蹄馆周边囤积物资和兵力集结能力要远超幸州山城。但事实上，当时的明军已经超出后勤极限，碧蹄馆战后即便大军退囤开城，明军依旧处于断粮状态，最终被迫将主力退回平壤。而朝鲜军队的表现，则完全不存在有进攻汉城的可能性。
