当日的战斗中，十四联队战死249人，伤155人，失踪72人；近卫第一联队死伤共计304人；第五旅团死122人，伤564人。获胜的也并不轻松。
那么三浦梧阁少将为何要在形势有利的情况下下令撤退呢？这大概是由于当日早晨4时25分山县有朋发来的一份电报。其中提到，风闻萨摩军善从后路抄袭，因而要求三浦梧阁少将严加防守，尤其要提防萨摩军的夜袭。
萨摩军对16日的战斗十分不满，因而决心在17日大举进攻，一举攻占青山。为此，共投入了第一大队、第二大队、第四大队和第六第七联合大队的14个中队，约7800人。分为三个集群：右翼为池上四郎率领的3个中队，自柏木沿出云川南下，攻击青山的侧后；中央突破队为野村忍介的6个中队，从城山方面攻击政府军；左翼为村田新八的5个中队，从伊势出发，经明仓后再分为两路，一路从出云川下游的小川向开平原进发，另一路则从德胜寺、平野津从南面进攻青山。《西南战史》曾这样记述道：“十七日青山之战，萨摩军三路名将，各尽其精锐，一举决雌雄。”
政府军侦察队探知了萨摩军的动向，于是根据情报，政府军派出了两个大队，以一个大队守备青山，在其右翼则是近卫步兵一个大队，以侧击萨摩军。不知就里的萨摩军落入了政府军精心安排的陷阱中，在渡河时遭到猛烈侧击，顿时陷入混乱，只能由士兵们寻找遮蔽，自行还击。而政府军发动了几次反冲击，也被萨摩军击破。战斗进行的非常激烈，《战袍日记》记载道：“次日，敌军（政府军）亦善战。两军呐喊之声与炮声混杂，震天动地，硝烟弥漫，遮盖天空，日色为之黯淡。”战斗进行到下午，形势逐渐对政府军不利。此时第五旅团的黑川通轨少将从北面赶来，他以山炮3门加强第十四联队，第十四联队乘势从千叶村的山上发动进攻，与第二大队和第三大队从三个方面一起突击，第六旅团也派出一个大队绕至萨摩军左侧，截断了其退路。萨摩军虽腹背受敌，但仍死战不退，至六时，林逸青率6个中队的萨摩军来援，政府军终于不支，全线撤退，青山之战终以政府军的失败而告终。政府军损失部队近2000人，而三浦梧阁少将在当日的战斗中阵亡，对政府军来说更是一个沉重打击。不过，萨摩军也为此付出了相当的代价，当日伤亡人数在3000人以上，池上四郎和野村忍介都在战斗中受了伤。
青山之战的意义在于它扭转了整个战局的攻守态势。尽管萨摩军之前对政府军“冲背军”对大阪的攻击发动的反击未能取得效果，在青山之战前，政府军始终保持着攻势。而青山之战后，由于政府军海军的失败，失去了制海权，后缓不能到达，“冲背军”转而采取守势，从此一守再守，再也未能扭转被动防御的态势，直至失败。然而，此时的萨摩军距离全面胜利尚远，在前面等待他们的就是伊势坂的血战。
“冲背军”在青山一战失利后，退守到伊势坂、贺田、山川一线，将进攻权让给了萨摩军。而萨摩军也稍事休整，并没有急于发动进攻。就这样，这几天交战双方就在相对平静中渡过。6月22日，黑川少将（因为三浦少将战死，因而两个旅团都暂时由他指挥）决定“将青山屯在的第五、第六旅团分为本支两道，明日大举进击。”
6月23日，风雨交加。当政府军还在休整时，萨摩军已然兵分两路冒雨疾进，冲到了政府军的前沿。
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