同时明水师提督还派遣战船数百艘，分布于忠清左右道、全罗左右道、庆尚左右道，等重要海口严防倭军。
9月11日，明备倭总兵再次包围幕府第一军左副将于蔚山都护府，两军互有胜负，但最后却遭到幕府左近将监兼侍从：立花宗茂，的后续援军赶来救援，先以千人夜袭明军后，在以假营伏兵攻击追来的明军使其败退。
10月初2日，幕府太政大臣于8月18日死于京都伏见城的消息传至李氏朝鲜王国，让前线的倭军将领们士气因而受挫，又接到五大老与五奉行的命令开始撤退，由幕府第一军左副将首先下令乘船撤退。
随后明备倭总兵让明军追击幕府第一军左副将，并火器优势取得胜利。
10月11日，西路的明御倭副总兵、东路的明备倭总兵，两路明军进展都比较顺利，而中路的明中军都督府左都督率兵3万人攻打倭军新起的泗川县城寨时，由幕府第五军下参议率7千兵力驻守。
由于明军火炮营在布阵后，中军都督府士兵皆是南直隶中都留守司附近驻军，素不习战，亦不太擅长火器，明军火炮手先以大将军炮、攻戎炮，等火炮打破泗川县大门一扇、城垛数处。
之后又发各类火器，在点火时的有些火炮突然炸膛，并引起了大营火药库的连番爆炸，硝烟掩盖半边天，全军上下顿时乱成一片。
这时幕府第五军下参议一看明军大营发生爆炸，随即命令倭军出击，混乱中的明军大乱，倭军从前小门杀出，直冲中军都督府明军，导致中军都督府各路卫所明军皆被屠杀溃走，三千中军都督府士兵，战后止存五、六十人，是为〈泗川之战〉。
11月17日，留守的各路倭军无心恋战，打算由蔚山都护府撤退，明军分道进击。
就在倭军将领撤退之时，明水师提督：陈璘，派遣明水师左参将：邓子龙，偕同李氏朝鲜三道水军统制使：李舜臣，联合出击，在露梁海上截击想援救幕府第二军右副将：小西行长，的援军幕府左近将监兼侍从：立花宗茂、幕府第五军下参议：岛津义弘、幕府从四位下筑守：小早川秀包、幕府对马守：宗义智、幕府肥前国名护屋城奉行兼志摩守：寺泽广高，等部倭将。
明水师左参将素来慷慨，所在立战功，是时他已年过七十，但仍不减当年英勇，亲率战船三百艘为前锋，追至釜山浦南海，并带壮士三百人跳入李氏朝鲜龟船上，直前奋击幕府第二军倭寇，打得倭军死伤无数。
但其他战船却因误掷火器于主帅的战船，使得主帅战船起火，结果明水师左参将：邓子龙，阵亡！
而李氏朝鲜三道水军统制使：李舜臣，领兵来援，率船队冲入敌阵，却被倭军包围，不幸身中流弹血染盔甲牺牲，其余明军继续战斗。
随后明水师右参将：陈蚕、明松门卫游击将军：季金、明广海卫游击将军：马文焕，等将领率军赶至前后夹击，倭军被打得豪无斗志只想撤退，明军又趁机焚其船只。
倭军则因为成功让幕府第二军右副将脱困而且战且退，而得以逃脱登岸的倭军后为幕府第二军右副将救走。
部分倭军侥幸逃脱者刚上岸，又为明军步兵所攻击，被火烧死以及溺水者万计。
这时明御倭副总兵进攻幕府第二军右副将，并夺取倭军桥寨，明水师提督则以船队一同攻击，再焚烧倭军战船数艘。
关键时刻幕府第二军右副将部下，幕府第五军下参议：岛津义弘（鬼石曼子）带领水师来援，却被明军水师给击败，其余倭军纷纷扬帆逃跑，仅有幕府左近将监兼侍从作为殿后，接应幕府第二军右副将使其成功逃离李氏朝鲜王国。
此次釜山浦南海大战，明军总共击沉倭军船只九百余艘，歼灭幕府部分主力水师，史称「露梁海战」。
致使少量未逃脱明军水师海上封锁的，倭军残部退到至山岛，12月初8日，倭军残部开始渡海藏匿乙山，岩深道险，明军将士不能进入，明水师提督便派兵夜查，还围攻崖洞。
至天亮后发现目标便发炮攻击，倭军又逃奔后山，与巡查明军展开殊死奋战，几乎全部被屠杀殆尽，仅有数十位倭军逃走，还被明水师提督领兵追击，最终倭军残部无一人逃脱。
就这样万历倭援朝战争至此结束，明军入李氏朝鲜王国作战，历时七载，丧师数十万，糜饷数百万两白银，人力、物力损失巨大，但最终还是胜利的打败了倭军。