经过一天的激战，日军损失惨重，小西行长见援军不至，便有意突围，下令一位名叫大石荒河助的勇士，脱下铠甲，身着单衣攀登上高楼，冒着明军发射的弓矢炮弹侦察出一条具体的突围路线来。
而这时候的李如松为了避免继续攻城而加大伤亡，也派出使者要求日军统帅小西行长退出平壤城，小西行长随即予以答应，率“不满五千”的残部退出了平壤(川口长孺《征韩伟略》卷二)，狼狈南逃。明军及朝鲜军堵截、伏击了一部分南逃的日军，随后，光复了黄海、平安、京畿、江原四道。据统计，明军仅仅斩获日军的首级就达到一千六百四十七。但日军的伤亡总数不止这些，其连同被炮火轰炸、硝烟薰烧及其它原因而死的，总损失超过万人以上。而明军阵亡七百九十六人，受伤一千四百九十二人(宋应昌《经略复国要编》之《叙恢复平壤开城战功疏》)。平壤战役，总计斩获日军首级1250级，其中有倭将25名，生擒2名，并俘战马2985匹。救出朝鲜被虏男女1225人（朝鲜《再造藩邦志》）。日军被火烧死的不可计数。腥臭闻于十里。其余跳城溺水无算。朝鲜大臣柳成龙在其著作《惩毖录》中曾赞扬明军此役“其军威之盛，战胜之速，委前史所未有也”。收复平壤有着相当大的战略意义，整个朝鲜半岛的战争形势就此逆转。
