少弐的出雲軍團在月山富田城城外，環城挖了三道深溝，並且還命人築起了一道一丈多高的木屏，全軍主力分四個方向紮營部署，這時候的月山富田城，被包圍的像鐵桶一般，水潑不進、鳥飛不出。
隨後少弐信資重申不得隨意進攻城池的軍令，穩固住防線準備迎接毛利主力大軍的衝擊。
與此同時，他還命人加強了北面新宮谷的新宮城，以及更北面獨松山上的獨松山城，加緊對月山富田城的包圍，並且在久比須垰至月山富田城之間的要道上部署陷阱，由島津家久親自指揮，準備接應退下來的鍋島直茂和迎擊前來救援月山富田城的毛利軍。
面對少弐出雲軍隊如此嚴密的圍困，即便是身經百戰的天野隆重以及一向驍勇善戰的毛利元秋也對此無能為力，一連組織兩次試探性突圍，全部被打回。
而為了進一步消磨城中守軍的抵抗意志，島津家久還不忘耍心機，命人佯裝毛利軍趕到月山富田城支援，誘騙天野隆重出城接應，並且取得重大戰果，甚至險些就此將毛利元秋擒獲，以至於在此之後天野隆重只得困守月山富田城城中，再不敢隨意出城。
八月十日，鍋島直茂退下來以後，在布部谷之上的天馬城和小早川隆景帶領的備後軍團大戰。
布部山位於月山富田城以南十四千米左右，是從三刀屋穿過三澤、橫田前往月山富田城的必經要衝。
另外從這裡通往月山富田城道路和布部山的山脊相連，必須透過西側的水谷口或者東側的中山口。
也就是說，從三澤、橫田方向想要進軍月山富田城，必須從這裡經過，只要控制了這兩個口，就能阻止毛利進軍。
八月十二日，小早川隆景帶領備後軍團接逼近布部山以南的比田。
於是鍋島直茂將軍勢一分為二，他自己固守水谷口，渡邊守綱負責中山口的防備工作。
八月十三日，毛利軍開始進軍，於當夜開始攻擊要害山城。
此城僅僅是一座城砦，由鍋島直茂麾下家臣據守，兵力不足二百且還是農兵，在抵擋了兩波毛利軍進攻後，迅速放棄城池退卻。
小早川隆景拿下要害山城時，毛利軍主力已經抵達，分別是毛利輝元帶領的毛利譜代眾7000餘人、吉川元春帶領的石見眾四千餘人、穴戶隆家帶領的備中眾四千餘人。
以及小早川隆景帶領的備後眾五千餘人。
毛利軍共計兩萬人集結於布部山附近。
八月十五日，毛利軍全軍開始進攻。
戰鬥一開始，鍋島直茂等人佔據地利優勢，從山腰用少弐家引以為傲的鐵炮瘋狂向從山腳下攻上來的毛利軍攻擊，給予毛利軍重大殺傷。
但是在這裡畢竟是毛利家主場，且有過和尼子復興軍交手，眼見強攻不成，於是吉川元春故技重施，再次帶領別動隊走小道進逼布部山頂。
只不過這次沒有那麼好運，這條小道上被鍋島直茂立下無數陷阱，毛利軍在山道之上被陷阱折磨的苦不堪言，損失慘重。
但是毛利軍畢竟人多勢眾，激戰三日後，毛利軍拿下數個關鍵節點，迫使鍋島直茂後撤。
八月十九日夜，鍋島直茂眼見再不撤退的話就會被毛利軍合圍，於是果斷下令下令向月山富田城方向撤退。