北乡三久、伊集院忠真、种子岛久时追击昆阳方向的明军败兵，这些明军占据险抵抗追上来的岛津军，但北乡三久等人对明军发射大 铳，又以短兵突击，该路明军再次败退。
岛津忠恒亲自带兵追击撤往望晋山的董一元，但是他脱离了大部队，后面的部下都没及时跟上，结果被五六十个明军骑兵包围。眼看岛津忠恒就要被明军杀死，岛津家武士平田宗位、床次佐助从后方赶来，杀死几名明军骑兵，这才让岛津忠恒逃出生天。但是此时这路明军已经跑没了影，岛津忠恒只能停止追击。
入来院重时、桦山久高、寺山久兼、川上久智等人带兵追击泗川旧城方向的明军，这路明军数量最多，追击的日军自然也最多。岛津军追到泗川旧城与永春之间的一条河流前停了下来。 这条河虽小却很难跋涉，中间有一座石桥连接两岸。
茅国器的中军徐世卿率军数百人殿后，在此严阵以待，不停向日军射箭，阻止岛津军靠近，日军难以抵近。日军副将颍娃主水自负骁勇，第一个登上石桥，结果被明军射穿左肩，倒在了地上，随 从连忙上前扶起他退走。数倍于明军的岛津军愣是怼不过这些明军，纷纷躲在道路两旁。 赶来的白坂笃清带了一把铁炮过来，用它射杀了一名明军士兵，随后又用铁炮狙击徐世卿， 将他射落马下，明军大乱。川上久智趁机带领家兵向明军冲去，即使如此不利的情况下，明军依然打伤了岛津军的裨将本田昌亲，将他击退。但是抵抗了一会儿后，这些明军就坚持不下 去了，退到了一处狭隘的地方抵抗岛津军。岛津家武士大山纲宗仗着勇武，亲自抡着武士刀追砍明军，甚至刀都被砍折了一把，结果因为没有头盔被砍伤了脑袋。川上久智见状，指挥部下进援大山纲宗，反复冲击明军三次，最终击溃这一路明军，三路溃逃的明军中，这 一路明军较为集中，加上逃跑路线单一，所以阵亡人数最多。歹毒的日军一路追到晋江南岸，在这里又一 次展开了屠杀。许多明军士兵跳江逃亡，结果溺死了在晋江里。直到傍晚，岛津军终于停止追击，退回到泗川倭城。战败的董一元，先是逃到晋江北岸的三嘉，之后又一路北逃，来到星州，原先运来的粮草在逃亡途中被尽数丢弃。
十月十二日，董一元清点完中路军剩余人马，查出了泗川倭城之战中先行逃窜的四名骑兵，于是将其中两人枭首，另两人仗责一百。令祖承训、蓝芳威等率领6000兵马防守三嘉，先行溃逃的两名骑兵将领——游击马呈文、郝三聘，之后被明廷下令斩首。董一元自己也被革去官衔，戴罪立功。
泗川之战和南原之战是明军在万历朝鲜战争中仅有的两次惨败，事后统计，此战明军步兵牺牲3000余，骑兵有很多坠崖而死。根据后来从倭营逃出来的明兵所述“生擒天兵三四百……斩获天兵，削取鼻子头颗，积置东门外，数不下四五千云云”，也就是说，明军被割下来的鼻子头颅有四五千，三四百人被俘，其中茅国器麾下明兵没有被岛津军剃成日本人的发型，其他营的明兵则被强行剃成日本人的发型，准备和其他被掳朝鲜人一起送到日本本土。明军总伤亡七千余，这也是万历朝鲜战争期间明军损失最大的战役。其中大多数都是火炮炸膛造成的意外以及逃跑途中践踏及坠崖而死，真正死于交战的人数少之又少。
而走了狗屎运勉强扳回一局的日军也付出了极大的损失，据岛津家的《高野朝鲜阵战殁者供养碑 铭》记载，岛津军在第二次侵朝战争期间的南原之战、泗川之战中阵亡了3000人。而据《宣祖昭敬大王实录》记载，当年攻打南原的日军左军 总共才阵亡了100多人，岛津军只是日军左军下辖的一个军团，伤亡更 少，应不足100人。因此，阵亡的3000人中刨去南原之战的伤亡，岛津军在泗川之战的阵亡人数估计有2900多人。这些人是实打实的在战斗中损失的，其中明军在前四战歼灭的岛津军数量并不多，因此2900多人中的大部分伤亡，都集中发生在泗川倭城之战。更进一步说，岛津军在泗川倭城之战中付出的伤亡，应该是在明军阵营失火以后，岛津军追击时的损失。也就是说，即使明军自己操作失误导致意外而战败，日军也要付出极大的代价，掉一层皮。真正在交战中的损失，仍然是日军大于明军。更何况，战斗一开始还是二三流部队的明军对日军精锐的单方面屠杀。
但是，输了就是输了，可惜天公不作美，如果明军自己没有操作失误，泗川之战一定是第二个平壤大捷。
泗川战败的消息传到其他两路明军那里，攻打岛山和顺天的两路明军为了防止日军救援导致腹背受敌，主动撤退。
