10月12日，鄒維璉自省城抵達漳州，檄調諸將，大集舟師。以鄭芝龍為先鋒，高應嶽為左翼，張永產為右翼，王尚忠為遊兵，吳震元、陳夢珠記功散賞。安排停當後，散發海戰方略給各位將領。
10月15日，他親自渡過海澄，誓師督戰。統一調集指揮軍隊，堅決抵抗並嚴懲荷蘭侵略者。鄭芝龍本人動用江湖令。他用自己的私人金庫對手下發出賞格：參戰者每人給銀二兩，若戰事延長，額外增給五兩。每隻火船16人，若燒了荷蘭船，給銀二百兩，一個荷蘭人頭給銀五十兩。
荷蘭軍隊得到消息，也找來大海盜劉香為其助戰，劉香這個漢奸率領50隻戰船，聽命於荷蘭侵略者。雙方摩拳擦掌，大戰漸漸逼近。
鄒維璉很有軍事才能。他針對明軍裝備弱於荷蘭海軍的現實，經過認真分析，因地製宜的製定了一套作戰方案，事後證明這個方案十分有效。
十月二十二，天色微亮，明軍開始進攻荷蘭海軍占據的金門島南部的料羅灣口。明軍主力一百五十艘戰船悄悄開到了金門島南部的料羅灣口，在那裏，正停泊著荷蘭-劉香聯合艦隊的全部主力世界海上第一強國和世界第一大帝國之間的一場大海戰終於爆發，因為戰爭地點在料羅灣，史書上稱這場戰爭為“料羅灣海戰”。
荷蘭海軍成戰鬥隊形展開，嚴陣以待。荷蘭戰艦位居中央，漢奸劉香的戰船分列於荷蘭海軍四周。明朝海軍從料羅灣東南角，分兩路突進。
當時正是東風大起，明軍戰船奮勇衝向敵軍。在接近敵軍時，明軍將士先裝滿易燃物品的100條小船順風駛向荷蘭戰艦，然後明軍主力部隊猛攻荷蘭海軍，其餘部隊攻擊劉香的海盜戰船，於是火燒赤壁的一幕再次神奇的重現了。
以鄭芝龍部隊為先鋒，順東風采取了兩路突擊，黑虎掏心的戰術。按照事先布置，明軍主力部隊全部直奔荷蘭艦隊，隻以輔助部隊對付海盜船。同時，他們采用了荷蘭人在歐洲戰場從未見過的打法――火海戰術。明軍150艘戰船中，隻有50艘是炮艦，其餘100條小船清一色的火船，隨著一聲令下，在大船火炮掩護下，百條火船蜂擁而上搭鉤點火。
荷蘭軍隊雖然在歐洲海戰中戰無不勝，也十分熟悉在海戰中使用火船的戰法，但是像明軍這種不怕死、猛打猛衝，大量使用無人火船衝向敵軍的“火海戰術”，還是第一次遇到。導致荷蘭軍陣大破，荷蘭戰艦2艘被燒毀，2艘被擊沉，一艘被明軍俘虜，其它戰艦在遭受重創後撤退，而漢奸劉香的50艘戰船則全軍覆沒。
荷蘭海軍撤退後，轉戰附近的青港、荊嶼、石灣，並且大肆搶掠。鄒維漣派明軍在福建銅山一帶守禦，從十月二十二算起，經過八天八夜的激戰，荷蘭海軍終於承認失敗，狼狽而逃。
荷蘭海軍艦隊司令普特曼斯在海戰失敗後，立即辭去總司令之職，料羅灣海戰以明朝海軍獲得全勝而告終。
戰後，崇禎皇帝親筆寫下“天下第一清忠”的匾額賜予鄒維漣，以表彰他在料羅灣海戰中的卓越功勳。料羅灣海戰的勝利，也使明朝控製了從日本到南海的全部東亞製海權，並且規定：凡航行在東亞地區的船隻，都必須花銀兩購買明朝核發的通行證，否則明朝海軍有權予以攔截並攻擊。