八幡山上，毛利军本阵内灯火通明，从山上到山脚下皆是警备森严，足轻们每二十人一组，在足轻大将的带领下不间断地巡逻查探，基本断绝了丰臣军夜袭的可能性。
天野元政坐在阵内，与毛利元康等人商议下一步行动。由于对白天的战败心有余悸，且考虑到大军损失惨重，天野元政意欲尽早率部西撤，不过在此之前他要考虑好撤军方案，避免再次遭受丰臣军的偷袭。
按照他的设想，毛利军可暂时拆分成前中殿三军，前军一万人，中军八千人，殿军两千人，其中殿军在前军安全抵达长吉关前，负责留守八幡山，继续巡逻值守，造成大军仍在山上驻扎的假象；中军则负责对前军的保护和殿军的接应，待前军安全后便于八幡山以南台地稍作等候，此时可能已是清晨，按照之前几天的经验，大雾正浓，恰好可以掩护殿军撤退，待殿军抵达台地时两军会，一同退往长吉关。这时候丰臣军即便追击，也不会是大股部队，两军一万人足以应对，且大雾对双方既是掩护又是阻碍，丰臣军也不敢确定是否有诈，只能放毛利军一条出路。
长吉关以西便是毛利氏的地盘，丰臣军绝不敢立即攻打，这就会给毛利辉元一个调兵遣将的机会，只要他能将手中的一万大军派往大津城与天野元政汇合，那丰臣军的兵力优势也将随之消失，加之大津城地势险峻，城池坚固，只要丰臣军攻城，便会陷入消耗战，凭借城内的大筒和防御工事，一边打击丰臣军的士气，一边消耗丰臣军的兵力，待时机成熟再出城反击，绝对能反败为胜。即便不能完全击溃丰臣军，也可以阻止其西进，沿濑田川形成对峙局面。毛利军便可藉此机会巩固近畿战果、征募兵士，待德川军从会津取胜归来，两面夹击，一鼓作气将近畿丰臣军消灭。
天野元政的计划看似天衣无缝，在撤军初期也确实如他所想，直到二十八日清晨殿军撤退时，丰臣军也没有发动袭击。倒是前军抵达长吉关附近时，遭到了栗太郡国人众—栗太众的小规模袭击，战斗仅持续了不到三刻钟，便以栗太众的退却而告终，虽说对国人众袭击自己感到莫名其妙，但天野元政并未多想，而是在抵达长吉关后，按照原计划等待与后军会师再向大津城行进。
正午时分，中军与殿军会师后行至宇佐山一带，本以为已经脱险的他们，却在此处遭到了凌晨便抄近路赶至附近埋伏的六千前田军的袭击。前一日，小笠原隆清见八幡山守备森严，即便夜袭也难以成功，于是便建议前田利政派一支奇袭队沿小路快速前进至宇佐山附近埋伏。作为八幡山到长吉关的必经之路，毛利军不可避免地要经过此地，在此处埋伏必会有所收获。
当从使番口中得知毛利军分三批撤退时，前田利政与隆清决定放过先头的一万精锐部队，重点攻打后面的中军和殿军。为了让殿军丧失警惕，两人故意未在清晨发动袭击，而是要求全军在御东山南麓集合，待毛利军走远再尾随前进，争取在宇佐山一带与伏兵配合，一举消灭这一万大军。
宇佐山伏击战以前田军的铁炮三段击拉开序幕，在弓足轻和铁炮足轻的前期压制下，骑兵队得以顺利对毛利军进行切割，随着大军陷入混乱，足轻队投入战斗，毛利军不消片刻便溃不成军，好在有毛利元康等老臣坐镇，战斗进行了约半个时辰，毛利军逐渐从慌乱中恢复，开始向前田军展开反击。前田军兵力上并不占优，但为了给主力到达争取时间，仍死死咬住毛利军，极大地降低了其撤军速度。
在此过程中，前田家重臣高山重友和青山吉次先后战死，铁炮队也因为毛利军的反复冲锋而伤亡殆尽退出战斗，好在这些人的牺牲没有白费，丰臣前田联军主力在战斗最胶着时赶到，随即对毛利军展开猛攻。
毛利元康自知不敌，竟率骑兵队脱离战斗向长吉关撤去，战局因此瞬间明朗，在数倍于己的大军的近似屠杀似的进攻下，仍留在战场上的毛利足轻如同俎上鱼肉，任由宰割。不到半个时辰，战斗基本结束，丰臣前田联军在遍地的“一文字三星”旗帜下，共清点出毛利军尸首四千具，另有受伤被俘者近两千人，除去随毛利元康败逃的一千二百人外，仍有两千余人溃逃至周边乡野。
而前田军的伏兵在此次战斗中也损失惨重，除了数名重臣阵亡，包括铁炮队在内共有近三千人战死，约占伏兵总数的一半。一场伏击战打得如此惨烈，是前田利政和隆清都没有想到的，但这时并不是感慨后悔的时候，为了彻底消灭毛利军，大军稍作休整便继续向西追击，而此时的天野元政却在大津城外遭遇了变故。
原来，就在毛利军与栗太众激战的时候，隆清派遣的一支小队趁机绕过毛利军赶往了大津城，劝说京极高次的家臣赤尾伊豆守设法拖延毛利军入城，为丰臣前田联军争取时间。出于对此前天野元政抢占大津城、夺取城内粮草的怨恨以及对丰臣军的信赖，赤尾伊豆守答应了隆清的请求，以“城内粮草不济，请天野扫部先送粮草入城”为由，拒绝了天野元政让其开城的要求。
天野元政只觉得这是赤尾伊豆守对自己之前夺取粮草一事的报复，并未联想到身后的丰臣前田联军，因此便好言相劝，反问赤尾伊豆守“哪有大军未动便送粮草进城的道理”。但赤尾却铁了心思不让他进城，无奈之下，天野元政竟真打算先送一半粮草进城。
可就在这时，毛利元康率残部赶来汇合，天野元政大惊失色，一边责骂元康指挥不力，一边觉得进城之事不能再耽搁，便决定全力攻打大津城。
大津城内仅有农兵四百，但赤尾伊豆守早有防备，依靠工事竟没让毛利军在冲锋中占到多少便宜。天野元政见一时难以攻下，为避免被丰臣军聚歼于城下，决定放弃大津城，经伏见退回大坂。
随后赶来的前田利政和隆清觉得继续往西深入毛利军控制的山城、河内一带变数太大，且毛利军经此一役后一时也无力发动反攻，于是放弃了追击的念头，进入大津城进行休整。同时派人潜入大坂，给石田三成和宇喜多秀家送信，希望二人能劝说毛利辉元退兵，避免秀吉、秀赖两代主公的居城毁于战火。