1.以副将邓子龙率兵1000人，驾3艘巨舰为前锋，埋伏于露梁海北侧，待日船队通过海峡后，迂回到侧后发起攻击，切断其归路；

　　2.以陈磷率明朝水师主力为左军，泊昆阳之竹岛与水门洞港湾内正面阻击，待机出击；

　　3.以李舜臣率朝鲜水师为右军，进泊南海之观音浦，待机与明军夹击日军。

　　十九日丑时，石曼子率军万余、战船500只西上，进入露梁海明军预伏地，遭陈磷部阻击，调头南下。天亮，日军发现前有伏兵，又向北回师，遭到北岸邓子龙部截击。联军三面合围，在露梁海与日军展开激战。此时，“月挂西山，山影倒海，半边微明，我船无数，从阴影中来，将近贼船，前锋放火炮，呐喊直驶向贼，诸船皆应之。贼知我来，一时鸟铳齐发，声震海中，飞丸落于水中者如雨。”(《柳成龙惩毖录》卷二第六十八页)联军驾船逼近日舰，跃上敌船，短兵肉搏。北岸邓子龙率士卒300登上朝鲜船，奋勇冲杀，由于众寡悬殊，邓子龙部旋即被日船包围。“子龙素慷慨，年逾七十，意气弥厉，欲得首功，急携壮士二百，跃上朝鲜船，直前奋击，贼死伤无数。他舟误掷火器入子龙舟。舟中火，贼乘之，子龙战死。”(《明史·邓子龙传》)战至中午，陈磷派水师副将陈蚕、游击季金率部来援。与此同时，中朝联军水师左右两路分别从南北两个方向，向大岛以东海面之日船队主力，展开了猛烈的攻击。《朝鲜李忠武公行述》对这场战斗作了生动的描述：“两军突发，左右掩击，炮鼓齐鸣，矢石交下，柴火乱投，杀喊之声，山海同撼。许多倭船，大半延燃，贼兵殊死血战，势不能支，乃进入观音浦，日已明矣。”陈璘率主力与李舜臣夹击日舰，施放喷火筒，焚毁日军大部分战船。日军跳水登岸，又遭陆上明军截杀，死伤大半。石曼子不支，仅率50余只战船溃逃。李舜臣率朝鲜水师跟踪追击，进入观音浦，再度与日军血战。陈磷也率中国水师赶来支援，用虎蹲炮连续轰击，日船纷纷起火。在一片混乱之中，日军仍垂死挣扎，拼命反击。李舜臣领先督战，中弹牺牲。其子秘不发丧，鸣鼓挥旗，代父指挥，继续同中国水师并肩战斗。陈璘乘胜挥师西进，焚毁日军准备撤退的船只百余艘，并与陆路刘綖军夹攻顺天日军。小西行长率余部逃脱。