第六师团担任正面进攻，下分左、右翼队及预备队。由于登陆作战表现不佳，大寺安纯少将主动请缨，指挥的第十一旅团为左翼队，担任主攻南岸炮台的任务。
对于大寺安纯少将的主动请战，大山岩司令官感到很满意，当即同意了他的请求。于是，由于第二师团、第六师团第二天有进攻任务，所以当天晚上作为预备队的日军第十二混成旅团负责了日军营地的警戒任务。
由于日军原第三师团大营被金州军夜袭，导致日军原第三师团全军覆没，日军原第三师团的师团长桂太郎玉碎，这样的先例在前，日军每次安营扎寨，无不比之前更为细致，使得躲在村庄地道中尚存的一百多名黑旗军士兵，不敢轻举妄动，在后半夜趁着夜色从村子的地道，逃了出去。
而刘永福见日军营地无懈可击，便留一部分士兵作为岗哨，其他部分士兵随他紧急赶回荣成县城布防。
翌日拂晓，日军第六师团早早就起来整军往荣成县城行军。此时的荣成县城距离龙须沟差不多二十公里路，要不是昨天黑旗军的阻击及骚扰，日军早就开进荣成县城。
不过，正是由于黑旗军的有效阻击，使得日军登陆的消息及时传回荣成县城，昨日荣成县知县杨承泽虽城中有黑旗军、团练、黄河防汛兵两千人，但是他还是怕守不住，忙发报向巡抚求援，怎奈山东巡抚李秉衡跟李鸿章政见不合，将一万五千兵力集中在烟台附近，就是不愿意发兵来援助，只是来电让刘永福率部阻止敌人。
乃至昨晚，刘永福率部两千多人回荣成县城防守，知县杨承泽一颗心才放下，将荣成县布防交给刘永福负责。
刘永福根据自己对日军兵力的预判，荣成虽有城墙，但是敌我双方力量悬殊，感觉荣成县死守，肯定是守不住了，忙告知知县杨承泽让其组织城里百姓离城避战，一方面加强了城墙的防御力量，另一方面，在城里各处布置不少兵力，准备跟日军进行巷战。
荣成县现在各种力量加起来有四千六百多的兵力，但是真正能战的却只有黑旗军本部两千余人。黄河防汛兵及团练经过黑旗军一个月的训练，都已经学会了射击及一些基本的作战技能，但是作为新兵可能会存在畏战的情况，所以刘永福将这一部分兵力一大半安置在城墙上跟黑旗军按3：1的比例混在一起防守，而让黑旗军督战队守住各城门楼梯处，使城墙上的兵丁不敢战时逃跑。
一八九五年三月三日下午二时，日军步兵第四联队3000多人携带几门山炮出现在荣成县城外官道上。
日军联队先骑兵前行侦察，便发现荣成县县城城门紧闭，刚想回报，躲在城墙上的清军士兵开始开枪了，尽管清军新兵枪法不准，但架不住枪多啊，一下子将那个侦察兵打成筛子了！
日军第四联队联队长森木太郎见荣成县守军竟然没有溃退，还在城墙上阻击，便下令架设山炮朝荣成县城门进行轰击。
二十几发炮弹轰击之后，荣成县城门上面的箭楼被轰塌了，还有几个守军被砸死，一下子便有守军想下城墙逃命，不过很快被黑旗军的督战队一刀砍死，所以这些守军才不至于溃散。
刘永福见这些新兵不堪大用，也只能无奈地摇摇头。日军在第一轮轰击之后，便又组织第二轮侦察。
不过这次刘永福却让城墙上的人进行隐蔽，又让人打开了城门。那日军侦察骑兵长驱直入，见城门口附近到处是清军丢弃的大刀、长矛，再看城里已经一个人影未见，忙调转马头，朝森木太郎挥舞旗帜。森木太郎见城已破，便抽出武士刀，指挥全军冲锋。
日军冲锋号响起之后，日军步兵联队除炮兵之外，全军发动了冲锋，十分钟不到便涌进了荣成县。
当日军骑兵队沿着县城主干道寻找县衙所在时，突然大量燧发枪、快枪的枪口从城里各个角落伸了出来，随后“砰砰”声在整个县城起响起来。
这时候，日军步兵正拥在城门口附近，只见城墙上清军突然抛掷下大量土制手榴弹。而在城门口附近几条小巷子里，几门铁炮装满火药和铁砂，被黑旗军士兵推了出来，朝日军步兵群轰炸。
很快惨叫声和哀嚎声在城里不断响起来，城墙上的守军，抛掷完手头上手榴弹之后，便开始利用高度优势，居高临下用快枪、燧发枪疯狂地射击城墙下的日军士兵。
城墙下的日军士兵突然遭遇袭击，损失惨重，幸存下来的日军士兵正想依托城墙下的建筑进行反击，但是很快发现四周到处有黑旗军的冷枪。原来有很多人拱卫的联队长森木太郎正想指挥残余的日军士兵退出县城时，被黑旗军第二轮铁炮轰击命中，当场被炸死。
不过，日军的混乱也没持续多久，差不多七八百还未入城的日军逃出了荣成县守军的射程之外。
随着残余日军的后撤，刘永福带着黑旗军迅速清扫城中日军残余，经过差不多半个小时的激战，全歼入城的日军，总共击毙日军步骑兵2131名，缴获日本快枪1982把还有大量子弹，不过清军守军也有435人阵亡，597人受伤。
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