海戰經過
駐朝鮮西部日軍接到撤退命令後，擬於萬曆二十六年(1598年)十一月十一日起開始撤退。駐順天之第二軍先撤，接着，駐泗川、南海、固城之日軍，依次到巨濟島集結，候船回國。十一日晨，第二軍部隊登船待發。其先遣部隊駛至光陽灣口的貓島附近海面時，受到中朝聯軍水師的攔擊，退路被截斷。爲了突破重圍，第二軍編組了一支衝鋒船隊，連日向聯軍水師發起攻擊，均未能奏效，只得向駐泗川、南海之日軍求援。
此時，駐泗川、新城之日軍第五軍主力，在島津義弘率領下，已經登船，只待漲潮出發，駛往巨濟島。島津義弘接到小西行長的求援信後，當即率領這支龐大的船隊，於十八日夜乘月色向露樑海峽疾駛，企圖突入光陽灣，解小西行長之圍。中途與從南海開來之宗義智部船隊會合。兩支船隊會合後，共有兵力千餘人，艦船約500艘，於午夜開始通過露樑海峽。
陳璘、李舜臣獲悉日援軍西進的情報後，立即着手調整部署，決心在露樑以西海域，包圍和殲滅救援之敵。其作戰部署是：
一、以副將鄧子龍率兵1000人，駕3艘鉅艦爲前鋒，埋伏於露樑海北側，待日船隊通過海峽後，迂迴到側後發起攻擊，切斷其歸路;
二、以陳璘率明朝水師主力爲左軍，泊昆陽之竹島與水門洞港灣內正面阻擊，待機出擊;
三、以李舜臣率朝鮮水師爲右軍，進泊南海之觀音浦，待機與明軍夾擊日軍。
十九日丑時，石曼子(即島津義弘)率軍千餘、戰船500只西上，進入露樑海明軍預伏地，遭陳璘部阻擊，調頭南下。天亮，日軍發現前有伏兵，又向北回師，遭到北岸鄧子龍部截擊。聯軍三面合圍，在露樑海與日軍展開激戰。
聯軍駕船逼近日艦，躍上敵船，短兵肉搏。北岸鄧子龍率士卒300登上朝鮮船，奮勇衝殺，由於衆寡懸殊，鄧子龍部旋即被日船包圍。“子龍素慷慨，年逾七十，意氣彌厲，欲得首功，急攜壯士二百，躍上朝鮮船，直前奮擊，賊死傷無數。他舟誤擲火器入子龍舟。舟中火，賊乘之，子龍戰死。”(《明史·鄧子龍傳》)
戰至中午，陳璘派水師副將陳蠶、遊擊季金率部來援。與此同時，明朝水師左右兩路分別從南北兩個方向，向大島以東海面之日船隊主力，展開了猛烈的攻擊。
陳璘率主力夾擊日艦，施放噴火筒，焚燬日軍大部分戰船。日軍跳水登岸，又遭陸上明軍截殺，死傷大半。石曼子(島津義弘)不支，僅率200餘隻戰船潰逃。陳蠶也率部隊跟蹤追擊，進入觀音浦，再度與日軍血戰。季金也率水師趕來支援，用虎蹲炮連續轟擊，日船紛紛起火。在一片混亂之中，日軍仍垂死掙扎，拼命反擊。
鄧子龍在戰鬥中死亡，明軍繼續與日軍作戰。陳璘乘勝揮師西進，焚燬日軍船隻數艘，並與陸路劉綎軍夾攻順天日軍。小西行長率餘部逃脫。
1598年，明朝水師在露樑海面以約500艘戰船包圍約500艘日本戰船，日軍戰船損失較大。
結局影響
露樑海戰是在近400餘年前由明朝水軍單獨進行的，以切斷敵人海上退路爲目的的海上戰役。這次戰役給侵朝日軍一部以重大打擊、對戰後朝鮮200年和平局面的形成，起了重要的作用。明朝水師在這次海戰中，密切配合，善於準確判斷情況，並根據敵情變化，及時調整部署，迅速轉移兵力，依託島岸、隱蔽待機，適時出擊。先對一部從海上撤退的敵軍實施嚴密封鎖，迫其求援;在另一部敵軍來援時。又迅速與其交戰，達到了殲滅島津和立花家軍隊目的。但是在島津受打擊的同時(具體損失人員則史書未有很明確記載)，困守在順天城的小西行長部一萬三千人則從南海島另一端跑掉了，同時日方主將島津也得以全身而退，則參戰的島津軍應當還有殘部脫離戰場。衝破封鎖線的日軍又與早在釜山等待的加藤清正一萬人，黑田長政與毛利吉成各五千人會合，撤回日本。
明朝水師在統一指揮下，密切協同，英勇奮戰，是露樑海戰勝利的決定性因素。中國老將鄧子龍奮不顧身，在激戰中死亡，其子仍“麾旗督戰，向前不已”，表現了明朝軍隊勇敢善戰，前仆後繼，同敵人血戰到底的英勇氣概。
有一種說法認爲的是在露粱海戰中被消滅的是島津家的薩摩精銳，這導致了在關原合戰時島津家幾乎無兵可用，在很大程度上影響了關原合戰的結局。但根據NHK歷史祕話中表述，關原合戰時島津義久只讓弟弟島津義弘帶1500人前去，主力留下其實是爲了對付之後可能的德川前來興師問罪。故露樑海戰與關原合戰關係不大。
