前文提要：萨摩和德川，哪边掌控了天皇，哪边就占了很大优势。德川整肃全军，想京都行进，想获取天皇敕令，给萨摩安上贼军之名，进而加以讨伐。萨摩这边先行占据京都入口，试图掌握地利，主导战局。萨摩军大大少于德川军，萨摩军的优势只在于，手里有天皇的支持，进而迎战德川军。在京都有伏见·鸟羽街道，这两条主要街道的主干道是窄路，军队无法横向展开，因此，只凭少数兵力，便可一战，所以，萨摩选择这两个地方作为战略据点，看来还是做好了决战的觉悟。
德川庆喜本人打算就这么耗着，然后不战而胜。新议会一召开，自然有人推举自己；不过，他也不怕打仗，真要打起来，也不觉得会输。西乡隆盛都说庆喜公深谋远虑，庆喜脑袋转得很快，但下属跟不上，没人心领神会他忍耐，不战而胜的想法。庆喜的不足之处在于，不愿负责，“随你去吧”，那责任就全由提出作战策略的人承担，同自己撇清关系。庆喜过继给一桥家，所以没有领地，家臣也全是德川家借来的，没有亲信的家臣和实际的领地，只有自己一人，略有孤独。
灵山史料馆收藏的描绘鸟羽伏见之战的绘卷（《戊辰战纪绘卷》），记录下了战役的真实，上图是战前（1月3日）鸟羽街道两军对峙的画面，右边是萨摩军，大炮上膛，只等地方接近；左边是德川军，队列是一长排，没有做好战斗准备。中间有两位武士在交谈，右边的是萨摩的军官椎原小弥太，左边是手持讨萨书的德川军的统领泷川具举。泷川说自己是庆喜公上洛的先头部队，让萨摩军让道，椎原小弥太说没有天皇的命令，不敢让路。泷川：同我们作对，就是同征夷大将军作对。椎原：马上向御所报告，不过你们暂且收兵。泷川具举这就命令部队后退了，其实，这场对话中已暗藏胜败玄机。德川撤军后，椎原小弥太带领萨摩军立即前进，于地利之处排兵布阵。
萨摩在此处约有800士兵，为守卫御所和伏见，鸟羽街道上只能安置这么多人马，同时，向鸟羽街道奔袭而来的德川军约有2000人，正面同两倍以上的敌人交战，萨摩几乎没什么胜算。然后，萨摩军为获得胜机，使出手段，暂令德川军后退。绘卷上画了萨摩方潜藏在城南宫的士兵，约距城南宫200米的秋之山，有茂密的竹林，山后也藏有萨摩军，甚至在街道的草丛里面，到处都是藏身之所。战争始于下午5点，黄昏昏暗，埋伏在阴蔽处的萨摩枪队几乎不会被发现。
德川军一直在等待消息，泷川决定不再等了，向天皇上书讨伐萨摩才是当务之急，命令部队前进，但是没做作战准备。因为泷川认为德川军先出手，恐怕就被误认为要袭击京都，将军恐怕就成朝敌了，而且他不认为萨摩人有胆挑衅德川军。看到出动的幕府军，萨摩军准备迎战，虽然很紧张，但还是先开了枪，德川军陷入大乱，无计可施，一败涂地，泷川具举骑马逃跑，没法指挥。德川军大败的原因还有个致命失误——枪没有上膛没有装弹。萨摩军临机应变，德川军疏忽大意，不懂变通，双方作战意识差距过大，导致分出最终胜负。
任职大目付的泷川具举，只负责把讨萨书交给天皇，因此，征战原本就不是他的目的。而且，泷川这个人的经历，任职外国奉行后，从目付顺利升至大目付，太平步青云了，他相信德川的权威，率大军而来，想着只要稍加要求，萨摩就会让步，小看了萨摩军。
听到鸟羽街道的枪声，在三公里以外的伏见，战斗也打响了，伏见是两军必争的军事要地。在这里，竹田街道和伏见街道向北延伸，两条路都能进京，得伏见者得京都。《戊辰战纪绘卷》中描述着伏见之战的形势，狭窄的道路，战斗演变为双方视野受限，难以看到敌人的巷战。萨摩军为了拿下伏见，集结了参加新政府诸藩的兵力，包括结盟的长州藩、土佐藩，总兵力约1000。德川军这边拉来会津藩和新选组的势力，总兵力约2500。
从根据地伏见奉行所出战的德川军，以京都为目标，发动总攻，奋力防守的萨摩军，在狭窄巷道中，展开彼此牵制的攻防战。萨摩军用了米涅步枪，这种步枪与之前在日本使用的步枪构造不同，内部螺旋状沟槽和精细的膛线，提高了发出子弹的射程和精确度。有了强力武器的支持，两军在伏见市街短兵相接，展开激烈的混战。
在伏见之战中，发生了一件谁都未曾预料的事，这为扭转战局提供了可能，事件的主人公，既不是德川，也不是萨摩，而是会津藩白井五郎太夫统领的白井队，其实他们算是策应部队，是为了寻找新政府军防线的突破口而四处游走，时不时会去尝试突破防线的部队。白井队一边避免同敌人正面冲突，一边向北进军，向京都进发。终于遇到了敌人——并入新政府军的土佐军，新政府命令他们把守通向京都的两条街道的一条——竹田街道。不过没想到本是敌人的土佐军并不想作战，让白井队走其他路就不阻拦。促使他们如此行动的是土佐藩主山内容堂，他是新政府内反对萨摩的大名之一。土佐虽然出兵了，但是没有要战斗。由于土佐藩放弃战斗，得知秘密通道的白井队绕过防线，准备沿着竹田街道继续北上，就能进军京都，御所周边有土佐和越前这些反萨摩派的军队驻守，如果白井队到达京都，这些势力很可能临阵倒戈，成为他们的友军。但是白井五郎太夫没有这样做，虽然前方探路的士兵回来报告没有发现敌人踪迹，但白井五郎太夫害怕有伏兵，不相信土佐轻易放他们走，为了不让士兵陷入危险，命令士兵撤退，如此，德川方面丧失了一次宝贵的机会。此后，萨摩军加强了竹田街道的防守，封锁了通往京都的小道。1月3日晚，德川军的根据地伏见奉行所被攻陷，他们在伏见地区也节节败退。
当晚，在距离战场10公里的京都御所里，也发生了令人意想不到的事情。公家们不知道是萨摩胜了还是德川胜了，迟迟不见报告，众人疑虑渐渐扩大。这时，反萨摩派的诸侯开始逼问岩仓具视，土佐说这是萨摩和德川的私斗，和越前做出要撤兵的架势。甚至有人突然说天皇要移驾比叡山的轿子备好了，让人以为德川要来了。若这时“德川胜利”的假情报传到公家的耳朵里，他们便会倒向德川方面，说不定萨摩就成了朝敌。这时，又有人来报告，萨摩军大获全胜，于鸟羽街道击退敌人，成功攻陷了伏见奉行所。有人记录了在场的人从惊慌到惊喜的一连串变化，以前对西乡和大久保避而远之的人现在争先恐后见他们。岩仓具视发话了，竟然敢将军队派遣到京都，庆喜才是违逆天皇的朝敌，让诸藩讨伐之。
