冬去春來，轉眼已經是龍朔三年（663年），在百濟國王夫餘豐的請求下，日本於本年三月出動一支二萬七千人的軍隊，在新羅登陸後，隨即發動對新羅的進攻，以牽製唐與新羅聯軍對百濟複國軍的威脅。
日本卷入朝鮮半島的戰爭，使得百濟的局勢更加微妙與複雜。在打通新羅通道之後，唐軍需要新羅的支持，而日本則采取打擊新羅的策略，既可以牽製唐軍，又可避免與唐軍正麵交鋒，可謂是煞費苦心。
在劉仁軌看來，要減輕新羅的壓力，必須要對百濟施加軍事壓力，迫使日本軍隊回援百濟，然後與新羅聯手，共同殲滅百濟與日本的聯軍。唐軍必須主動發動進攻，但選擇哪裏作為進攻方向呢？
孫仁師主張進攻百濟的加林城，加林城地處水陸交通要衝，是一個戰略要地，百濟一定不會輕易放棄，勢必跟唐軍全力爭奪。
劉仁軌不同意，認為加林城固然是一個戰略要地，但其重要性遠遠比不上百濟複國軍的都城——周留城。他提出自己的看法：“加林城易守難攻，如果我們采取強攻的戰術，傷亡將很慘重，如果采取圍困戰術，又將曠日持久。依我之見，不如直搗敵軍的老巢周留城，這是百濟臨時政府所在地，所謂除惡務本，擒賊擒王，隻要攻克周留城，其他城池必將聞風而下。”
經過諸位將領的討論，最後采納了劉仁軌的意見。
唐軍開始展開軍事行動。
百濟與日本通過種種跡象判斷，唐軍的主攻方向，應該是都城周留城。日軍不得不調整作戰方略，將入侵新羅的軍隊，用兵船調往白江口，這是進入周留城的必經水上通道。
在日本方麵，他們仍然對戰無不勝的唐朝軍隊有一種深深的恐懼，雖然唐軍的人數並不多，總兵力也就是二萬左右。一場大戰迫近，山雨欲來風滿樓，日本政府決心再度增兵百濟。八月，由廬原君臣統領的一萬餘名日本海軍啟程前往百濟，以加強海上的軍事力量。
與此同時，熊津都督劉仁願、行軍總管孫仁師以及新羅國王金法敏，率領唐與新羅聯合步騎兵，從陸路行進；劉仁軌與副將杜爽、百濟降將夫餘隆，率領海軍艦隊以及運糧船，從熊津直接進逼白江。根據所製訂的計劃，海、陸兩路大軍將在白江會師，然後向複國軍政府所在地周留城發動強攻。
八月二十六日，兩路大軍抵達白江口時，日本海軍已嚴陣以待。
一場發生在七世紀的中日大海戰拉開序幕。
在日本軍隊方麵，第一批入侵新羅的日軍二萬七千人已經全部調往百濟前線，第二批由廬原君臣率領的一萬多名海軍也已經抵達，總兵力將近四萬人，擁有一千艘的戰船。百濟的軍隊主要是陸軍，數量不詳，估計有數萬人。
唐軍在百濟的總兵力，估計在二萬人左右，參加這次會戰的人數不詳，其中兵船有一百七十艘，以每艘船搭載八十名戰士推算，大約投入的海軍是一萬三千人左右。新羅出動的兵力也不詳，估計是數萬人，唐與新羅聯軍並不占優勢。
日本海軍無論在戰船的數量上還是在兵力上，都要遠遠超過中國海軍。但是在戰船的大小與質量上，則不如中國海軍。
在第一次征高麗時，張亮所統率的海軍四萬人，乘五百艘船，平均每艘船搭載八十人。唐太宗在征高麗失敗後，在西南建立大型艦船生產基地，動用最優秀的船工，這個時期所造的船隻，比以前還要大。在 660年蘇定方征百濟時，動用一千艘戰船，共搭載十萬名將士，平均每艘船載一百人，從這個數據可以明顯看出中國海軍的船隻體積越來越大。
而日本海軍共出動將近四萬兵力，動用一千艘戰船，平均每艘戰船搭載不到四十人，這反映出當時日本戰船比中國戰船體積要小許多，中國的戰船平均比日本要大兩倍以上。不僅如此，當時中國的造船技術要遠遠超過日本，船隻在精巧性、靈活性、速度以及防護能力上，都要遠遠超過日本。
因為唐軍的艦船體積大，能裝載重型攻擊武器，如投射機、強弩等等，而且因為船體大，使這些重型攻擊武器的穩定性更好，在對付日本船隻時，居高臨下，優勢非常明顯。
白江口戰役是在海上、陸上同時進行的。
唐與新羅聯軍首先從陸地上發動進攻。
當時防禦一方的百濟、日本軍隊的情況是這樣的：日軍以一千艘兵船排布在白江入海口處，以防止中國海軍沿著白江逆流而上對周留城發動突襲。百濟精銳騎兵則負責保護海港兩岸的安全，以避免日本兵船在停泊時受到來自岸上的攻擊。
以新羅軍隊為主力的陸軍率先向百濟軍隊發起攻擊，劉仁願、孫仁師的唐軍步兵緊隨其後。當陸地上展開廝殺之際，日本的船隻也拔錨開進，迎戰劉仁軌的海軍。
這是中國與日本軍隊的第一次交戰，敵手的實力如何，對劉仁軌來說，還是個謎。麵對人數與船隻均占優勢的日本海軍，劉仁軌更加小心謹慎，以避免遭遇日軍的埋伏。中國海軍排開隊列，並不急於同日軍大決戰，隻是小規模地接觸。日本一方也表現出同樣的謹慎，麵對唐軍龐大的船隻，日本人不由望洋興歎，在小規模的戰鬥中，日軍絲毫沒有占到優勢。日本方麵將唐海軍稱為“堅陣”，在日本人看來，中國海軍艦隊猶如銅牆鐵壁一般，是不容易攻破的。
中國海軍戰船在戰鬥中盡顯優勢，艦船的高大，使得攻擊更具威脅，巨弩與投射器在遠攻中發揮巨大的威力，令日軍膽戰心驚；在近距離的交鋒中，中國士兵的弓弩也極具殺傷力。此戰日本損失了幾艘戰船。但是總體上，第一天的海上交鋒，僅僅是小戰鬥而已。
當天晚上，雙方將領都絞盡腦汁來思考擊破對方的方法。日本海軍將領經過一晚上討論，最後認為：“我等爭先，彼應自退。”隻要發揚武士不怕死的精神，奮力爭先，利用自身船多兵眾的優勢，中國海軍必定會知難而退。
這是日本海軍麵對中國龐大戰船時所做出的無奈選擇。
在唐軍一方，劉仁軌也在思考如何以自己的優勢挫敗敵軍。中國海軍的優勢有幾點：第一，船體高大，與日本兵船在近距離對抗中占盡優勢，可以居高臨下攻擊；第二，配備有重型武器，如投射機、強弩等，在遠距離對抗中也占有優勢；第三，中國海軍訓練有素，作戰經驗豐富，在多次攻打高麗及百濟的戰爭中，積累了許多海上作戰的戰術。
因為當時的船隻都是采用木製，火攻無疑是最佳選擇。劉仁軌下定決心，以火攻為主要戰術。