明朝原本繼續(xù)委派李如松任備倭總兵。但李如松此時(shí)正與遼東韃靼作戰(zhàn)，戰(zhàn)事一直很緊。后來(lái)李如松一次搗巢作戰(zhàn)中中了土蠻人的伏擊戰(zhàn)死，這是那個(gè)年代里最不幸的事件之一。明朝此次出兵的兵力一直有爭(zhēng)議。日本史料認(rèn)為明軍數(shù)量和日軍相近，為14萬(wàn)左右。但《劍橋史》認(rèn)為，“這似乎是太不可能了”，它認(rèn)為，“明在戰(zhàn)役高峰期間的陸軍和水師加起來(lái)的兵力估量為7萬(wàn)5千人?！薄吨袊?guó)全史》也認(rèn)為明軍總計(jì)7萬(wàn)多人。

八月初日軍展開(kāi)進(jìn)攻，日軍的攻勢(shì)起初還是比較順利的。左路軍連克泗川、南海、光州，最后進(jìn)攻南原。明軍副總兵楊元率領(lǐng)3千明軍和3千余朝鮮軍鎮(zhèn)守南原，堅(jiān)守?cái)?shù)日后被日軍攻破，守城將士絕大部分陣亡。攻破南原后，付出很大傷亡代價(jià)的日軍屠城一日。這時(shí)駐全州的明將陳愚忠因南原失陷立即撤退，這樣加藤清正的右路軍便兵不血刃的拿下了全州。之后日軍又分別攻陷黃石山、金州、公州等地，漢城的屏障盡失，再一次瀕臨險(xiǎn)境，朝鮮局勢(shì)再度危若累卵。

九月六日，麻貴命副總兵解生等率軍2千，奔赴稷山北部，鞏固漢城的前沿陣地。七日于稷山北與日本戰(zhàn)國(guó)名將黑田長(zhǎng)政和伊達(dá)政宗率領(lǐng)的日軍第三軍團(tuán)一部發(fā)生遭遇戰(zhàn)。明軍的后續(xù)部隊(duì)楊登山率軍趕到，大敗黑田長(zhǎng)政，黑田長(zhǎng)政退守稷山閉門(mén)不出。此時(shí)攻打青山的日軍也被參將彭友德率領(lǐng)的中朝聯(lián)軍重兵包圍，死傷慘重。這時(shí)從海上也傳來(lái)捷報(bào)，重新復(fù)職的李舜臣，于九月十六日率領(lǐng)朝鮮海軍殘余戰(zhàn)船十二艘，在鳴梁附近與日海軍一支由一百三十三只戰(zhàn)船組成的艦隊(duì)發(fā)生激戰(zhàn)，擊沉日軍指揮艦及其他三十一只戰(zhàn)船，擊斃日軍主將來(lái)島通總。日本海軍遭受?chē)?yán)重打擊，又一次敗于李舜臣手下。

稷山之役、青山之役和鳴梁海戰(zhàn)的勝利，徹底動(dòng)搖了日軍繼續(xù)北進(jìn)的信心。懾于明朝大軍的壓力，以及各地朝鮮義軍又不斷攻擊日軍的補(bǔ)給線，日軍的左右兩路大軍，即所謂的兩記重拳，此時(shí)已成強(qiáng)弩之末。日軍經(jīng)過(guò)商議后決定兩路軍全部南撤至沿海一帶，小西行長(zhǎng)退守順天，加藤清正退往蔚山，黑田長(zhǎng)政退往梁山，島津義弘退守泅川，建筑營(yíng)壘工事，待機(jī)反撲。戰(zhàn)爭(zhēng)局勢(shì)一時(shí)進(jìn)入膠著狀態(tài)。

膠著狀態(tài)對(duì)明軍不利，明軍計(jì)劃下一階段實(shí)施蔚山戰(zhàn)役。萬(wàn)歷二十五年（1597年）十一月，明軍分兵三路：左路由楊鎬、李如梅率明軍1萬(wàn)2千人，朝鮮軍4千人，右路由麻貴、李芳春率明軍1萬(wàn)1千人，朝鮮軍3千人。左右路大軍圍攻據(jù)守蔚山的加藤清正。中路高策率明軍1萬(wàn)1千人，一方面向南挺進(jìn)，一方面采用打援戰(zhàn)術(shù)，阻止小西行長(zhǎng)部支援加藤清正。不難看出，這是個(gè)頗為周密的進(jìn)攻計(jì)劃。進(jìn)攻蔚山的中朝軍隊(duì)總計(jì)三萬(wàn)余人，日本加藤清正率部6千人（按：一說(shuō)1萬(wàn)6千人）于蔚山城和蔚山南部的島山據(jù)險(xiǎn)扎營(yíng)，嚴(yán)陣以待。

十二月二十三日，聯(lián)軍總攻開(kāi)始。黎明前由游擊擺寨為先鋒，率步兵1千人，參將楊登山為后援，率精騎3千人，突襲蔚山城。城內(nèi)日軍大半被殲，擺寨佯退，誘敵深入，大敗敵援軍。日軍逃回島山，堅(jiān)守待援。第二天聯(lián)軍開(kāi)始圍攻島山外圍，游擊茅國(guó)器率領(lǐng)河南步兵，連破日軍新筑的外圍三寨。這三道防線一破，日軍堅(jiān)壁據(jù)守，不敢復(fù)出。時(shí)至中午，明軍攻抵島山寨下，裨將陳寅率領(lǐng)浙兵，在槍林彈雨中奮勇攻堅(jiān)，連破島山寨二重柵門(mén)，就在明軍將要攻擊最后一重柵門(mén)時(shí)，眼看平壤大捷再次重演，明軍的攻勢(shì)戲劇性的停下來(lái)了。關(guān)于這個(gè)停頓，不同資料有不同的說(shuō)法?！吨袊?guó)全史》里說(shuō)，楊鎬命令游擊茅國(guó)器割敵首級(jí)報(bào)功，致使陣腳稍亂，攻擊受阻。又稱茅國(guó)器不愿居功，自行退兵，喪失了這個(gè)寶貴機(jī)會(huì)?！睹魇罚钊缑穫鳌穭t稱楊鎬為了把軍功留給后來(lái)的李如梅而鳴金收兵。無(wú)論如何，這次鳴金都與楊鎬有關(guān)。

隨后幾日，明軍久攻不下，戰(zhàn)況沒(méi)有任何進(jìn)展。明軍減員非常大，彈藥供應(yīng)也漸漸捉襟見(jiàn)肘。雖然固守蔚山城和島山的加藤清正依舊困獸猶斗，但已是彈盡糧絕，瀕臨絕境。十天后傳來(lái)有利于日軍的消息，小西行長(zhǎng)、黑田長(zhǎng)政、島津義弘率領(lǐng)援軍五萬(wàn)陸續(xù)趕到。戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)立刻發(fā)生變化，明軍由攻勢(shì)轉(zhuǎn)為守勢(shì)。在這種不利的情況下，明軍統(tǒng)帥部決定撤軍。然而，在日本援軍的追擊下，明軍撤軍失控，陣營(yíng)大亂。《明史－李如梅》載，李如梅的遼東騎兵部隊(duì)，率先逃奔，致使各營(yíng)潰散，兵敗如山倒?！睹魇罚瓧铈€傳》、《明史記事本末》、《中國(guó)全史》等書(shū)載，明軍潰敗是由于主帥楊鎬策馬先逃引起，這種說(shuō)法最不可信。事實(shí)上，3萬(wàn)人大軍的撤退，不可能是主帥一人率先逃奔引起全軍潰敗。關(guān)于楊鎬的歷史記述都是后來(lái)撰寫(xiě)，由于楊鎬對(duì)明與后金薩爾滸之戰(zhàn)的慘敗負(fù)有主要責(zé)任，因而使得他在史書(shū)里也對(duì)朝鮮之役承擔(dān)了過(guò)多的責(zé)任。最符合邏輯、最接近事實(shí)的是，明軍撤退過(guò)程中組織調(diào)度失控，致使全軍潰敗。據(jù)說(shuō)此次潰敗，明軍、朝鮮軍一路死傷無(wú)數(shù)，血流成河。

蔚山戰(zhàn)役，明朝和朝鮮聯(lián)軍慘敗，日軍慘勝。聯(lián)軍陣亡人數(shù)約為2萬(wàn)人，日軍也付出了約1萬(wàn)人的代價(jià)。此戰(zhàn)后半年內(nèi)雙方都無(wú)力再戰(zhàn)。