驻扎在朝鲜西部顺天(今天全罗南道东南部的顺天附近)一带的小西行长第二军，此时仍有1万多人，在接到撤退命令后，小西决定在光阳湾沿岸上船，向巨济岛集中。但是，十一月十一早晨，第二军登船后甫一出海，便被陈嶙和李舜臣率领的联军水师拦截，多次冲击失败，小西行长派使至陈嶙大营，曰希望用1000首级换陈嶙网开一面，但陈嶙坚决不允，小西军只得回到驻地，并派人向驻扎在泗川的岛津义弘、驻扎在南海(约数十公里外的一处港湾)的对马守(对马岛的日本大名)求援。
陈嶙，明史上称其“有谋略，善将兵，然所至贪黩，复被劾褫官”。他原本是与刘廷等人一起统帅陆军的，但是因为当年二月，其部队在路过山海关时发生了骚动事件，他被责问后调来指挥水军，手下的两位副将—陈蚕和邓子龙，也都是步军将领出身，所以，他们能将船队指挥得当，也是殊属不易的事情。此前一段时间，陈嶙部水师在朝鲜西南部和南部沿海巡弋，日军“及见嶙舟师，惧不敢往来海中”。这在一定程度上切断了侵朝日军与本土之间的联系，使得侵朝日军的后勤供应受到了影响。
在十一月十四日小西行长求和时，陈嶙曾放走了一只小船，船上有8名日军，李舜臣认为，这是小西行长派去求援的部下。至十一月十八日，李舜臣告诉陈嶙：“倭船出去已四日，援兵必将至矣。吾辈当往猫岛等处把截待之。”陈嶙对李舜臣非常敬重，深知李舜臣不会轻易作出重大判断，便与李舜臣共同在露梁津海峡一带设伏：明军的先锋老将邓子龙率军千人在露梁津海峡北侧埋伏，李舜臣则伏兵于南海岛的观音浦，陈嶙率联军主力部署于竹岛及水门洞港湾。露梁津是光阳湾的出口，光阳湾实际上是一处深入半岛南端陆地的海湾，形状口小腹大，海湾纵深约20千米，出口宽度约为三四千米，等于是一个天然的口袋。而中朝联军的设想，便是将日军援军诱入(或驱入)口袋，再封住袋口聚而歼之，邓子龙所部就是扎口袋的那根绳索。
正如李舜臣所料，那只小船的确是到岛津义弘处求援的。岛津义弘此前已经率第五军主力登船准备回国，只等涨潮后就出发，向巨济岛转进。接到小西行长的求援后，岛津于十八日夜率军趁夜色向露梁津开进，试图进入光阳湾，解救小西行长。航行途中，岛津船队遇上了宗义智的船队，宗义智有60艘船，两军加起来共有兵力约1万6千人左右，舰船近500艘，此外，陆地上，小西行长所部还有1万多人。而中朝联军一边，约有舰船800艘，兵力约2万。
十九日丑时(凌晨1~3点)，岛津义弘船队大部驶入露梁海峡，向光阳湾深处进发，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。”
此时，岛津义弘的第一个反应就是中了埋伏，第二个反应就是回撤，因此把守海峡出口的副将邓子龙所部承受了巨大的压力。明史记载，“子龙素慷慨，年逾七十，意气弥厉，欲得首功，急携壮士二百人跃上朝鲜舟，直前奋击，贼死伤无算。他舟误掷火器入子龙舟，舟中火，贼乘之，子龙战死。”
邓子龙，丰城人，明史记载他“貌魁梧，骁捷绝伦”。他用自己不到千余人的兵力和少量船只(史书中仅提到有“三艘巨舰”，应当是福船之类的主力战船)，在战场的第一个瞬间—也是战场的关键点—挡住了岛津义弘的船队，居功至伟，战后，他被“赠都督佥事，世荫一子”，而且“庙祀朝鲜”。
在邓子龙部危急的时刻，陈嶙派陈蚕率军前去增援，把“袋口”彻底扎牢，岛津义弘在回撤无望的情况下，只能作困兽之斗，与明军决一死战。
此时，中朝水师主力亦已布阵完毕，开始冲击，李舜臣擂鼓首先率船冲击敌船队，陈嶙也随后率船冲入，并命令船只下碇，利用船坚炮利的优势攻击敌军船只，由于明朝战船船身高大坚固，既可以撞击敌舰，又可以居高临下投掷火砖、震天雷，日军受损甚烈，只能尽量躲避。为了吸引远避本船的日军，陈嶙命士兵伏在甲板上，以盾牌蔽体，日军远看以为陈嶙船上的士兵已被鸟铳和弓箭射杀殆尽，便开始围拢过来靠帮跳船，此时明军突然跃起，用长枪将攀爬船帮的日军捅下大海，然后使用前面提到的喷筒pēn_shè日军船只，日船纷纷起火，士卒烧死和溺毙甚多。在朝鲜典籍《李忠武公行述》中，有如此记载，“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。”观音浦是一个更小更浅的海湾，日军进入这里，是想利用船只吃水浅的优势，与明军福船之类的大型船只脱离接触，但是，无形中也进入了兵法中所说的“绝地”。
福船是当时世界上最大的战舰之一，吃水约3.5米，排水量在数百吨(有一号、二号等规格)规模，按照此前戚继光给福船配备的武备，每门福船配备如下：
火器：包括大发火贡1门，大佛郎机6门，碗口铳3门，喷筒60具，鸟铳10支，烟罐100个，火箭300支，火砖100块，震天雷20个，灰罐100个。
弹药：粗火yao400斤，鸟铳火yao100斤，弩药