大岛义昌率混成旅团主力于28日上午8时半到达素沙场后，知清军已在成欢驿布防，便亲到前沿观察成欢地形和清军阵势。
他判断，如果以主力沿汉城至公州大道，从正面组织进攻，进攻部队在渡过安城渡后，必须经过成欢至安城渡之间广阔的水田和沼泽地带，不仅道路泥泞难行，同时进攻部队缺乏掩蔽，就将暴露在清军正面阵地炮火和左、右两翼阵地夹击之下，而遭到重大伤亡的危险。如果以主力从清军左翼牛歇里阵地前方的银杏亭高地发起进攻，因清军炮兵阵地配备在左翼阵地，进攻部队将受到清军炮火的打击而蒙受损失。并且占领牛歇里后再转向成欢进攻时，必须通过牛歇里至成欢间水田沼泽地带，路窄难行，于部队运动不利。
权衡利弊，大岛义昌决定用一部兵力向清军左翼阵地实行佯攻——这是对付兵力甚少又过度分散之敌的最有效的战术。自率旅团主力向月峰山一带阵地迂回，以清军右翼阵地为主攻方向。为避免白天调动兵力被清军发觉，暴露日军作战意图，决定延至当晚黑夜采取行动，得手后，于29日拂晓向清军发动总攻。
当夜11时，日军将进攻部队分为左、右两翼。左翼为进攻主力，由步兵9个中队、炮兵一个中队和骑兵一部编成，以西岛助义步兵中佐任司令官，由大岛少将亲自指挥，向东由安城川上游迂回，进攻清军右翼月峰山阵地。右翼队为牵制兵力，由步兵4个中队、工兵一个中队组成，在武田秀山中佐率领下，沿汉城至公州大道方向出击。另以小股兵力组成独立支队，担任右翼队警戒，插到成欢西面的锄斤里，阻击清军向牙山方向退即。
28日午夜过后，日军左、右两翼队先后由素沙场出发。
是夜，浓云蔽空，天一片漆黑，令人连一两尺外的东西都看不见，加上道路崎岖，阻滞了日军部队的行动速度。
左翼队在第二天凌晨5时，才到达成欢东北方约4公里的都监里。
右翼队于28日凌晨2时许由素沙场出发，沿汉城、公州大道向成欢驿正面进犯。其先头由松崎直臣大尉率一个中队为前卫，并派出一部分作为尖兵，由山田四郎中尉指挥先行。凌晨3时许，前卫部队越过安城渡，涉过沼泽，到达佳龙里附近，后队尚未越过沿泽。埋伏在佳龙里附近的清军，早已严阵以待。
这时，日军由于黑夜茫茫，迷失道路，正拟派人到民家问路。
埋伏在附近的清军，突然发起攻击，子弹雨点般从夹路两旁人家中激烈射出，由于事出不意，加以四野昏黑，道路狭窄，日军进退失据，拥塞路中。第二十一联队第十二中队长步兵大尉松崎直臣当场被击毙，山田四郎中尉被击伤，士兵死伤多人。
黑夜中，日军突遭伏击，又不知清军虚实，惊惶败退，自相践踏。退至安城渡桥上，桥小人众，数人被挤入河中溺水而死。
日军右翼队司令官武田中佐见状，急忙命令本队向右迂回，向清军左翼进攻，以支援前卫部队脱险。但因沼水泛滥，不辨道路，前进困难。
步兵中尉时山龚造奉命率领三个分队士兵，前往助战。行进中，遇一沼泽，时山挥剑驱士兵涉水而渡。水深及颈，水底深积淤泥，挣扎不得出，进退俱穷，愈陷愈深。最后，时山龚造及所率士兵29人，全部溺毙于沼泽之中。
但日军依仗其人多势众，疯狂组织反扑。不久，右翼队主力迂回至前卫队右方，见清军兵少，又无后援，乃拼死冲击。
清军以寡敌众，坚持抵抗达一小时之久。终因寡不敌众，后援不继，弹药用尽，被迫撤退。凌晨5时许，日军攻占了佳龙里。
日军右翼队在占领佳龙里后，立即由佳龙里出发，向清军左翼牛歇里阵地前方的银杏亭高地前进。
6时左右，日军逼近牛歇里北方高地，双方步兵展开激战。同时，炮兵也进行猛烈的对射。
日军右翼部队前进，当然是佯做主力，聂士成却作出了错误的判断，他立即亲率主力奔来，这样，清军主要阵地的兵力就更少了。当时清军的主阵地在月峰山，而日军的攻击重点即在月峰山。
当日军右翼队猛攻清军左翼牛歇里阵地时，日军左翼队也在大岛义昌亲自指挥下，由都监里向清军右翼月峰山阵地一线展开进攻。
左翼队是日军进攻成欢的主力，配备多门大炮，用猛烈的炮火向清军阵地进行轰击。
日军首先集中兵力猛攻清军右翼阵地第一座堡垒，在用榴霰弹进行排轰的同时，步兵也利用松林为掩护向堡垒冲锋。守第一堡垒的清军奋力抵抗，以堡垒工事作掩护，猛烈还击。
这时，进攻牛歇里的日军右翼也用大炮猛攻清军左翼阵地的两个堡垒。
双方炮火，互相对射，十分激烈。
日军把预备队投入战斗，企图一举同时攻下左、右两翼阵地。清军奋勇抵抗，坚守不屈。
6时30分左右，战斗的激烈程度达于极点。
成欢丘陵北侧一带硝烟弥漫，轰轰的枪炮声响震天动地。炮弹飞驰，如流星万道，横飞半空，聂士成身先士卒，置身枪林弹雨之中。
由于日军进攻多采取分散队形，清军炮火虽频频施放，但杀伤力不甚显著。而日军大炮则专注我目标明显的堡垒轰击。
不久，日军左翼队发射的山炮榴霰弹，击中了清军右翼阵地第一号堡垒，清军伤亡很大。日军乘势发动步兵冲锋，夺下了堡垒。
聂士成原在左翼牛歇里炮兵阵地指挥，见右翼阵地战斗激烈，亲率守卫成欢北正面阵地的数百人前往支援。
日军见状，倾全部火力向增援部队轰击。增援部队在聂士成指挥下，奋勇还击。击伤日军第十一联队第二大队长桥本昌世少佐，毙伤日军多人。但由于清军炮兵主力远在左翼牛歇里阵地一线，不能有效地支援右翼阵地，日军炮火得以逞威肆虐。
7时50分左右，清军月峰山右翼阵地第二号堡垒也被攻陷。不久，敌军又连续攻占了左翼牛歇里阵地上两个堡垒，清军伤亡很大。
至7时30分左右，清军左、右翼两阵地相继失守，余部被压缩在成欢驿街道附近。
此时，清军四面受敌，败局已定。聂士成不得已率溃众突围而出。
成欢终于被日军占领。
