为打开突围航道，岛津义弘指挥舰队反复向港外发起冲击，联军水师与岛津舰队陷入混战。在狭小的港湾里，火枪火炮已施展不开，双方水兵互相跳帮，展开惨烈的白刃战。七十高龄的邓子龙率领亲兵不停冲向被围困的朝鲜战船，跳上甲板杀散船上的日本水兵，救出多艘朝鲜战船。日军战船随后集中火力轰击邓子龙坐舰，并组织舰船抵近用火枪齐射，邓子龙胸前中弹，当即阵亡。
邓子龙战死后，岛津舰队也已损失过半。岛津义弘决定集合残余的二百余艘战船向港外发起最后一次冲击。李舜臣看出岛津义弘的意图，率领朝鲜水师迎着岛津舰队的航线冲了上去。激战中，一发流弹击中李舜臣。弥留之际，李舜臣叮嘱左右暂时不要公布自己的死讯，以免影响士气，不久便溘然长逝。
李舜臣的阻击为中朝水师赢得了重新组织的时间，在陈璘的带领下，明军水师对岛津舰队展开追歼。战斗一直打到当日正午，岛津舰队几乎全军覆没，除岛津义弘率50艘战船突出重围外，其余450艘战船全部被击沉，日军阵亡一万余人，史称露梁大捷。岛津义弘之后率残部逃至釜山，搭上回国的最后一班船。至此，朝鲜已不存在成建制的日军部队，壬辰战争在开始的地方画上了句号。
