军的炮击无力进行反击。
在俄军第三轮炮击之时，日军终于搞清楚了，俄国援军来了，而且人数还不少，此时在开城南面的日军主力部队已经陷入了俄军的两面夹击。小松宫彰仁亲王赶忙下令组织进攻力量向俄军炮兵阵地发动进攻，希望能够夺下俄军炮兵阵地掩护日军主力撤退。
但是一连几番组织上万名日军进攻都被俄军击溃，加上炮击的伤亡，日军已经损失过万人，小松宫彰仁亲王也判断出俄军援军不是溃军组成，而是装备精良和人数众多的正规军，于是挣扎了一会儿，才下令全军且战且退，往朝鲜首都汉城方向撤退。
俄军阿布拉莫维奇少将和达里昂诺夫中将均发现了日军主力要跑，当即都下令发动进攻冲锋。而日军这边因为大批中下级军官毫无作战经验，士兵接受训练不足，加上缺乏重机枪等反冲锋武器，顿时整条防线在俄军的冲锋下崩溃，不少日军士兵甚至转头就跑，战场呈现一边倒的现象。
日军最高指挥官小松宫彰仁亲王见大势已去，便带着川上操六中将等将官骑着马在骑兵联队护卫下头也不回等往南逃。
开城的战斗一直持续到20日下午，开城附近零散的日军才被清剿干净，这场战斗以俄军大胜为告终。从1897年1月1日起，20天的战斗，日军先后投入六个师团共7.2万人，而俄军在开城守军原只有2.8万人，再加上随后赶来支援的阿布拉莫维奇部1.5万人，共投入兵力4.3万人，在兵力上日军占绝对优势，在火力上由于得到德国的支持，俄军的火力强于日军，结果20天的战斗，日军死伤4.8万人，由于俄军此战不留战俘，最后日军只有2.4万人逃回朝鲜半岛南部，固守汉城一带防线，而此战俄军由于依靠坚固工事固守，加上阿布拉莫维奇部的奇袭，使得俄军伤亡远低于日军，有1.5万人阵亡，最后，还有2.8万俄军收获大批日军丢弃的辎重，固守开城一线。
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