万历二十六年（1598年）十一月十一日，西路日军集结松岛，准备逃脱，但被在猫岛的联军所阻挡。小西行长便在日军中挑选精兵，组成冲锋队，企图强行突围，但均被中朝联军击退。见突围不成，小西行长便向陈璘乞和，被陈璘、李舜臣拒绝。无奈之下，小西行长向岛津义弘求援。岛津义弘率战船500余艘、士兵1万余人，约同附近的日军水师，于十八日夜分头赴援。中朝联军在侦察到日军的援军后，陈璘决定改变原来的计划，不再围困日军，转而优先进攻援军，派副将邓子龙率兵1000人，乘巨舰3艘，协同李舜臣为前锋，进攻日军。
二十四日，日军舰队在观音浦停泊。陈璘率船队冲进日军战队，与日军进行白刃战。战斗中，日军战船鳞集，包围了李舜臣的座舰。陈璘见李舜臣被围，便换乘朝鲜船，冲入日军的包围圈，奋力救援李舜臣，但日军势众，不久又将陈璘的战船包围。这时，两名日军跳上船头，被明军用镗钯刺中胸膛，跌落水中。陈璘令明军发射火炮，射击船舷两旁的敌舰。日军见此仰放鸟铳，企图攻击船上的明军。陈璘又令明军将身体躲在挨牌之后，等到日军靠近，便起身用长枪俯刺，刺死日军千余人。战斗中陈璘突然鸣金收兵，日军不解，稍稍退后。陈璘命人在船只高处放喷筒点燃日军船只，由于此时正值大风，火势异常猛烈，周围的敌船皆被点燃，大量日军被烧死，海水尽赤。此时，李舜臣成功突围，前来与陈璘会和，在途中射死一名金甲倭贼，日军稍退。明军老将邓子龙率壮士200人，登上朝鲜船，奋勇杀敌，其船不幸被其他船所放的火器点燃，日本人趁机登船，邓子龙力战而死。陈璘与李舜臣会和后，令中朝联军发射大炮，轰击倭舰。被炮火覆盖的日军舰队多艘船只沉入海底，日军逐渐失去战斗意志，开始向南方溃逃。李舜臣趁势追击，但被日本人的火绳枪射中胸口，不幸阵亡。临终前李舜臣命令麾下将士秘不发丧，继续追击日军，烧毁倭船200余艘。岛津义弘率领残余倭船百余艘遁入外海，经过中朝联军一天的追击，只剩下50余艘船狼狈逃走，其余倭船均被联军烧毁，万余日军尽数沉入海底。小西行长趁海战之际，率军成功逃脱。至此，露梁海战结束，中朝联军获得大胜。
李舜臣之死
露梁海战后，陈璘继续追击残存的日军，日军撤退到锦山，坚守不出。不久，日军又渡海躲藏到乙山，乙山悬崖深邃，道路艰险，明朝陆军不敢前进。于是陈璘率部在晚上悄悄潜入，包围了岩洞。等到天亮，火炮齐发，日军惊慌之下逃往后山，陈璘军恶战日军，日军败退，陈璘奋勇追歼，将敌人一网打尽，共斩获1100颗首级。
露梁海战是当时亚洲规模最大的海战，中朝联军成功截击了从朝鲜返回日本的日军，重创了日本的海上力量，为此后的东北亚局势奠定了基础。此战，中朝联军内部虽有矛盾，但不至于不可化解，也没有影响战争最后的胜利。对海外作战的明军水师而言，露梁海战的胜利得之不易，他们不仅要面对有备而来的强大敌人，还要在异国陌生的土地上作战，这充分显示了明军水师的实力，同时也壮大了明朝水师的声威。
