同时他又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，在汉阳附近的僧兵一千人，便在处英和尚的带领下前来协防。
权栗的这次进驻，真要说起来，其实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。
权栗当时带领的2300人，只占当时朝鲜军队总兵力的约1.334、全罗道总兵力的9.2，日军汉阳防守兵力的约4.3。也就是说，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，本质上无力对汉阳日军构成实际上的威胁。而由于幸州山城本身的地形限制，就收复汉阳而言，狭小的幸州山城也不能囤积物资，故无法集结重兵，对收复汉阳没有太多实际意义。
但是无论是否具有实际意义，很快权栗部的探哨前往汉阳近郊母岳岘，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，日军自汉阳向幸州山城进发，全军约三万人，分为七队：第一队小西行长，第二队石田三成、增田长盛、大谷吉继、前野长康，第三队黑田长政，第四队宇喜多秀家，第五队吉川广家，第六队毛利元康、小早川秀包，第七队小早川隆景，全军于凌晨抵达幸州山城西北部约五里处的平原上。
清晨，日军因幸州山城道路狭窄，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、纸神砲、大中发火等火器。
日军顶着守军火力轮番进攻，并曾试图以火攻烧毁木栅，但被守军用水扑灭。日方战死者“相继曳出，而犹进不退”，一共反复冲锋达八、九次之多。
中途吉川广家、毛利元康及宇喜多秀家部将户川达安三队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，僧军只得向内城退却。
权栗见情况紧急，亲自拔剑，斩杀后退僧军数人，终于重新迫退日军，再立外围城栅。从清晨一直打到傍晚，日军伤亡较大，宇喜多秀家、吉川广家、石田三成、前野长康等均已负伤，而朝鲜军队火药箭失也已用尽。
忠清兵使丁杰运来二船箭失，从海面入城，全罗道也有漕船四十余只，在阳川浦口活动，如此则日军为防止有大队援军前来夹击，于当晚退回汉阳。
然而周边不远处的朝鲜将领无论在战时、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便将幸州山城焚毁，并将日军遗弃的尸体肢解以泄愤，然后全军退向坡州。此即为幸州山城之战，也是权栗的成名战。
回头再看，其实幸州山城之战与碧蹄馆之战一样，都可以看做是规划中的汉阳之战里的前期准备，两次作战的战场距离汉阳均为三日本里。
碧蹄馆之战是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，而幸州山城之战是朝鲜军战后弃城而走，两军事实上均未能在汉阳近郊建立稳固的前哨阵地。
当然，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，各部之间难以配合、乃至拒绝配合的情况比比皆是，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。
幸州山城之战，后来的朝鲜人其实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。”(注：出自《李朝实录》宣祖26年2月己酉)
也就是说，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，明军本来是试图达成前出控制茂陵一带的目的，参考碧蹄馆、幸州山城周边地形及城邑仓储，可见碧蹄馆周边囤积物资和兵力集结能力要远超幸州山城。
然而事实上，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。柳成龙此前答应提供的军粮，实际到位的那点恐怕只够将校级军官食用。
这样一来，李如松一边因为心疼家丁损失，一面担心存粮告罄而军心动荡，最终被迫将主力退回平壤。至于朝鲜军队的表现，则完全不存在有进攻汉阳的可能性。
然而不管怎么说，幸州山城之战起因在于柳成龙筹粮不利，还顺带着在李昖面前黑了李如松一把，而战争过程虽然既侥幸又不影响大局，但却是朝鲜陆师头一回以弱势兵力正面击退远胜于己方兵力的日军。
因此无论如何，权栗都一战成名，从此成为与水师李舜臣其名并且实际上更为重要的朝鲜重臣。战后各方情况都逐渐弄清，柳成龙虽然没有遭到责难(毕竟从朝鲜的角度来看