而朝鲜方面，因为漆川梁海战水军被日军伏击全军覆没，根本没有军力配合明军作战，只召集了一千多朝鲜兵帮助守卫南原城。

双方兵力的巨大悬殊，注定明军不可能打赢，但是杨元在收到日军大举来攻的情报后，没有率部撤离南原，而是立即加强防御，组织人力在城外挖掘了一条护城河，并将仅有的三门大炮安置在了城门上方。

南原城建于平原之上，没有任何地利可以利用，只有困守孤城死战。

战事很快就打响，面对坚守的明军，日军在小西行长的指挥下开始攻城。他们用火绳枪攻击守军，明军则同样用大炮和火铳反击。

杨元所部是骑兵，守城战使得骑兵优势无法发挥，从一开始，就陷入劣势。

随着时间的推移，南原城守军不断阵亡，士气逐渐低落。

杨元果断派人向全州守将陈愚衷求救，但陈愚衷却按兵不动，然后率部直接逃走。

内无守兵，外无援军，南原成了绝地。

第四天，日军填埋了护城河，并使用攻城梯攻上了城墙。

杨元见大势已去，决定带着余下的明、朝军队突围。

但朝鲜方面拒绝突围，杨元便杀出南门，向汉阳方向逃去，随后日军攻进城中屠城。

最终，杨元杀出重围，三千五百兵只剩四十三人。

内中，就有王维栋。

当时他一路护卫杨元死战，身中数创仍咬牙坚持，用杨镐的话说，真真正正从死人堆里爬出。

南原之战后，日军长驱直入，攻破全州，威胁汉阳。明军统帅麻贵被迫将各地守军召集到汉阳，这种局势直到后来稷山之战爆发后才得到转机。

浑身是血的杨元逃回来后，麻贵亲自接见了他，并对他说了一句话：“南原之败，非战之罪”。

然而，与此同时，麻贵在给兵部的文书中却建议兵部按军法将杨元处斩。