石垣原の戦い
13日、出撃した杵築勢は実相寺山に布陣、黒田軍先遣隊の一番備は実相寺山と角殿山の間道を抜けて石垣原に布陣していた大友勢と昼頃から衝突し、杵築勢も後に戦闘に加わった。この衝突で大友勢の吉弘統幸は打ち破られたと見せかけて立石本陣近くまで退き、追ってきた黒田一番備は伏せていた宗像鎮統の攻撃と統幸の反撃により、久野次左衛門・曾我部五右衛門が討ち死にした。
今度は敗走する黒田勢を大友勢が実相寺近くまで追撃し、松井康之の陣に攻撃を掛けるが多勢と見て山麓の黒田軍の陣に矛先を変えてこれを圧倒した。ここに黒田勢の二番備の野村市右衛門・井上九郎右衛門と杵築勢が救援に駆けつけ大友勢を破り、夕方までに合戦は収束した。
大友勢は吉弘統幸・宗像鎮統等の主立った武将が討ち取られ、14日には実相寺に到着した如水は首実検と軍議を行った。同日、義統は敗戦を知って自刃しようとしたが田原親賢に諌められ、剃髪して法体となって田原親賢を黒田軍の陣の母里友信(妻は宗麟娘)に派遣して如水に降伏し、石垣原の戦いは終了した。なお、肥後国の加藤清正は松井康之・黒田如水救援のため14日に内牧、15日に阿蘇の小国に到着したが、松井康之の捷報が届くと熊本へ帰還した。
降伏した義統は中津から大坂の黒田長政へ移送され、孝高等の嘆願により常陸国宍戸に幽閉され1605年に没した。中川家を出奔して大友についた田原紹忍は謝罪して帰参したが、帰参条件とされた太田一吉の臼杵城攻めに参加し佐賀関で戦死した。
大友軍を破った後、黒田如水は合戦翌日の9月16日から進撃を再開し、17日から熊谷家臣の熊谷外記の守る安岐城を包囲して19日に開城させ、守備兵の殆どを配下に加えた。23日より垣見家家臣の筧利右衛門が守る富来城を攻め、10月2日に富来城を開城させ、ここでも城兵に自由を与えて自軍に加えた。4日以降は北上を開始し、5日には毛利吉成の家臣毛利定房が守る香春岳城を攻め、本城の小倉城も攻略した。この間に豊後国を平定した黒田軍は敵兵も飲み込んで拡大し、1万3千人ほどにふくれあがっていた。しかし石垣原決着の9月15日に美濃国関ヶ原で徳川家康率いる東軍が石田三成率いる西軍に勝利したため(関ヶ原の戦い)、如水の軍事行動は家康の命令によって停止させられることになった。
黒田如水が傭兵を率いて大友軍と戦い、西軍の諸城を落とした理由は領土拡大、もしくは九州全土を平定して天下を家康と競う野心があったとされているが、真相は不明である。しかし如水の豊後平定戦などが九州で味方の少なかった東軍の優位を決定づけ、さらに関ヶ原本戦での黒田長政の功績も評価されて、黒田氏は家康より筑前国福岡に52万3,000石を与えられることになった。
義統は助命されたが、御家再興は許されなかった。ただし、嫡男の大友義乗が徳川秀忠の近侍になっていたことから、家名は存続することになる。