很快，明軍水師副將陳蠶，遊擊張良相，朝將李莞便率一百隻戰船占領貓島，封鎖光陽灣，截斷小西行長第二軍退路。接著又以明參將陳策、遊擊季金、朝將樸仁老率戰船五十艘，在露梁海峽及其以東海域巡邏，監視泗川、南海、固城各地日軍動向。
十一月十七日，日軍艦隊如約中伏，雙方展開大海戰。日軍雖說有戰艦五百餘艘，然而很多船連龍骨都沒有，船上也沒多少遠程火炮之類的武器，而明軍卻有幾十艘的大福船，兩側都裝備有十門的千斤佛郎機，射程達數百米，還有無數的迅雷炮，嚕密銃，弩箭、火藥弩之類的武器。
就是朝鮮水師的龜船，也是日軍所吃不消的。
一時間明朝水軍左右掩擊，火炮齊鳴，矮小的日艦毫無還手之力，一艘接一艘地著火沉沒，許多水手不得不跳入冰冷的海水，但隻有少數能遊到南海島逃出生天，海麵上盡是斷檣殘櫓和日軍的屍體。
戰鬥中，明軍還使用了新式武器：一種如導彈般的火箭，還有一種用繩索控製擊發的水雷。
激戰中，朝將李舜臣陣亡！
當這場東亞最大規模的海戰結束後，明鮮聯軍共俘獲日船近百艘，擊沉日船一百餘艘，焚毀近三百多艘，至少殲敵一萬三千多人，殘留日軍逃上岸後，又被圍剿約千餘人，合計日軍在一萬四千人上下。
日將島津義弘趁亂逃脫，輾轉經南海島換乘小船歸國，殘存日船陸續抵達對馬島，經清點隻剩下五十幾艘，日軍第五軍基本被殲滅。此戰後，小西行長第二軍團更是絕了逃跑的念頭。
露梁海戰大捷後，消息傳出，朝鮮舉國若狂，消息傳回大明，萬曆皇帝也是龍顏大悅，稱露梁海戰為“東洋之捷，萬世大功”。不過隨後李舜臣的死訊傳開後，朝鮮軍民無不震驚慟哭，陳璘與李舜臣交情頗好，也是悲痛不己，黃來福也是下令祭祀。
後來李舜臣的靈柩被運回老家牙山時，一路上朝鮮百姓白衣縞素，無不是扶柩痛哭，最後朝鮮國追贈其右議政官職，賜諡號忠武。戰後，朝鮮沿海的百姓在巨濟島，古今島，閑山島以及牙山等地為李舜臣立廟，並豎起了諸多的的雕像。
……
露梁海戰後，在朝鮮的日軍僅餘順天城小西行長部的第二軍一萬四千餘人，逃又逃不了，戰又不能戰，整天是惶惶不可終日。不過對於小西行長的安排，黃來福卻是另有想法。
十一月二十三日，黃來福率明朝聯軍十萬餘人，浩浩蕩蕩來到順天城下，此外還有陳磷率水師船隊幾百艘，堵住了順天城外的海口，到了這個地步，小西行長是插翅難飛。
看著城外無邊無際的明朝大軍，那如黑雲般的旗幟，還有堵在順天城出海口光陽灣上密密麻麻的大明戰艦，小西行長是看得心驚膽戰，他無法可想，隻得整日躲藏在城內求上帝的安慰。
二十四日時，明軍沒有發動進攻，不過順天城內卻是起了一陣騷亂，原因是順天城內降倭朝鮮官員鄭六同趁城內慌亂之際，縱火焚毀了軍中的彈藥庫，並成功逃脫追捕，這更是給城內守軍以沉重的打擊，那種末日的來臨，己經是每個人都感覺得到了。
二十五日，城外明軍還是不動，不過這種壓抑的氣氛，卻是更讓人難受！
這天下午，在天守閣內，小西行長身著包鐵鎧甲，頭上戴著前立桃形盔，外套紅色陣羽織，臉色灰白，隻是默默地撫摸著胸前的十字架，不可能會有援軍，也沒有糧草彈藥，城破隻在當日。唉，無法可想了，或許，最後等著自己的隻有死亡一條路吧。