從萬歷二十五年十月，加藤清正已開始在慶尚道蔚山城以東的島山開始筑城，為盡快完成，幾部共投入了近兩萬人晝夜趕工。
到了十一月，工程尚未完工，明朝的宣府、大同、薊遼、延綏、保定、浙江等各路人馬相繼進入朝鮮，并在王京集結，準備開始全面反攻。
北京朝堂上有了一些新的變化，首先皇帝朱翊鈞對拖了整整七年的朝鮮戰事有些不耐煩了，播州楊應龍的叛亂此時愈演愈烈，他是希望盡快結束朝鮮戰事，將兵馬調回平叛。
而且已有言官對前方軍隊的表現頗為不滿，已開始頻頻上疏彈劾刑玠等人。
在這些明明暗暗的壓力之下，即便稷山取得了勝利，刑玠依然感到壓力，于是十月十一下達了反攻命令，并在二十九日又抵漢城。
抵王京之后，隨即召開軍事會議，商討剿倭的具體計劃。經一番商議后決定先取蔚山。刑玠給的理由是：蔚山聯絡西生浦，負東海，直吞慶尚左界，為清正新據巢穴。聞其大集西生浦，機張兵甲于茲……欲漸進而蠶食江原、咸鏡道，包括王京有之。使其勢得逞，我之前后左右皆難救應，雖百萬兵無所施……
蔚山，北接慶州，西通彥陽，南接機張，東南由水路可通西生浦及釜山。由陸路至西生浦一帶，就是倭軍重要的戰略要地。
蔚山舊壘修的很早，當時明日和談在‘達成’之后，為促使冊封使渡海，便拆掉了地面工事的木柵、土塀等，但壕溝和石城垣卻未動，年初加藤清正再次渡海之后，已著守開始加固蔚山倭城。
至九月中旬，城隍堂及伴鷗亭（合稱東部洞）兩座工事基本完工，到了十月十二，為應對明軍的南下，淺野幸長和毛利秀元的部將宍戶、安國、太田又在東川與太和江匯合處開始筑城，十一月十日，在城隍堂以西的島山上修筑本城。
本城分為內城和外城，內城有本丸、二丸和三丸，都有陡坡及工事阻礙，本丸與三之丸之間落差極大，倭寇只要居高不下，那么火炮射程就能全程覆蓋二之丸和三之丸。且三之丸的登城道左側，又會全部暴露在二之丸的火力下。
本城南靠太和江的地方，又建有船只出入口，江水漲潮時，船隊可直趨至城下，人員物資皆可由此進城。
而外城的北東西三面筑有塀，洞開三門，北面二門，西面一門；塀外有土壘環繞，壘上設有柵欄；土壘外還有壕溝，壕外又有柵。
除了島山，在東川沿岸，蔚山邑城城隍堂附近的小丘上又修建了出丸，大船可由海口直入出丸。出丸與本城之間依地勢還修了許多工事，而太和江沿岸多是水田，倭軍亦在太和江左右筑壘。
另外，毛利還在倭城以北慶尚道左兵營原址上，利用原有石城設立了陣所，以拱衛蔚山倭城。所以整個蔚山倭城就是一個在西川、東川、太和江之間的L型平原上所修筑的復雜筑壘，與蔚山倭城互為犄角。
至此，倭寇部將的分布則是淺野幸長駐守在島山外城東營（淺野小屋），宍戶駐扎左兵營的陣所，太田駐于古館山，加藤部下清兵衛駐扎城隍堂，加藤本人則在西生浦。
明軍的將帥們并不清楚蔚山倭城復雜的結構，此時正謀劃如何進攻，最終決定大軍分為三協，左協由李如梅統領，分配兵力一萬七，其部將有盧得功、游擊董正宜、茅國器、陳寅、川兵千總陳大綱、朝鮮忠清道節度使李時言。
中協是高策統領，同樣是一萬七千的兵力，其下有祖承訓、頗貴、李寧、李化龍、柴登科、苑進忠、吳惟忠、慶尚道右兵使成允門、防御使權應洙、慶尚道府尹樸毅。
右協兵力不到一萬五，由李芳春、解生率領，部將有牛伯英、守備方時新、真定都司鄭印、盧繼忠、楊萬金、陳愚聞、慶尚左道兵馬節度使鄭起龍、防御使高彥伯。
楊鎬、麻貴督左右二協，刑玠留守王京，分得一千兵力，還有朝廷也派了陳效為監軍。
另外，為此次總攻也備下了大量的火器裝備，大將軍炮、火箭、火藥、及大小鉛子，皆是遼陽分守運輸。至于三眼銃、鐵須筤、悶棍、火炮、火筒、團牌、佛郎機等，更是不計其數。
部署好兵力后，刑玠又令左右兩協自忠州附近鳥嶺南下，經安東直趨慶州，劍指蔚山。同時，因擔心順天的小西行長趕來救援，又由中協抽出一支人馬屯駐于慶尚道的宜寧。如此即可防全羅道而來的敵人援軍，又可東援左右兩協。
刑玠又在三協中另外挑選了騎兵一千五，聯合朝鮮軍，自天安、全州、南原而下，一路大張旗鼓，做出要進攻順天的樣子，以圖牽制倭軍。
十二月初四，
時值冬天，漢城到處都顯得冷清，紅的黃的葉子還沒掉落的，掛在樹枝上寒風一吹尤顯飄搖。
但今日卻非同尋常，這里舉行了盛大的祭天儀式，刑玠親自登壇祭告天地。祭壇下列有火器陣，祭旗的時候，萬炮齊發，蔚為壯觀，一旁的百姓也激動不已，隨著出征的將士一同高聲呼喊……他們堅信，此次定能將倭寇趕出朝鮮。
初七，麻貴已抵達慶尚道邊界的聞慶，于此地又召集三協大將秘密軍議，他還另囑朝鮮元帥權栗，希望慶尚道左水使李云龍能出動水師，多載炮手，在西生浦附近鼓噪，以助明軍聲勢。
十八日，楊鎬抵達義城，而后又與接伴使李德馨商議，派出了明軍斥候宋好漢，并朝鮮降倭呂汝文，前去偵察倭軍。
至二十日，楊鎬、麻貴兵進慶州，楊鎬又召集諸將討論進兵事宜。翌日，呂汝文返回，并帶回了他偵察到了倭軍情報。這呂汝文憑借日本人的身份，進入了島山城、城隍堂、太和江寨探察倭軍兵力，并親自繪了輿圖。楊鎬見之大喜，連忙拿過輿圖細細研究起來。
欲全力進攻蔚山，但同時也須防釜山浦的援軍會從水陸來救援蔚山，于是麻貴又從三協中抽調兵馬，命中協高策、吳惟忠率軍在陸路堵截從梁山、彥陽北上的釜山倭軍。然后又從左協選出游擊董正宜，讓其率兵馬前往南原、求禮，牽制順天的小西行長，晉州的島津義宏。最后，又命右協的游擊盧繼忠率兵二千，屯駐于西江口，堵截水路來的援軍。
此番部署形成了兩條防線，一條堵截順天的小西行長從其駐地率軍來援，一條堵截釜山倭軍從水陸兩方發兵來援。
十二月二十二，明軍從慶州南下，分成三路前進：東路軍是原三協中的大部隊，直趨蔚山；中路和西路軍是三協中抽調出來的兵馬，去牽制晉州的島津義宏、順天的小西行長，由于兵力有限，于是故意布下迷陣，計在牽賊于北。
蔚山倭城以北，是毛利駐守的左兵營舊墟（陣所），承擔著拱衛蔚山倭城的功能，此處亦作為防御明軍南下的前哨據點。
二十三日拂曉，左協大將李如梅率三百先鋒突襲了這里，而此刻的毛利還在睡覺，以至李如梅殺到時竟然毫無防備。
毛利軍的先鋒是淺口、阿曾沼元秀、冷泉元滿，李如梅首先突破的是淺口陣營，士兵猝不及防，抵擋了幾下便逃往了阿曾陣營。雖然阿曾也試圖抵抗，但根本不是明軍的對手，部隊一觸即潰。
隨即明軍突襲先鋒又殺向冷泉陣營，這冷泉雖也是猝不及防，到底是個老牌武士，五十多歲年紀竟毫不退縮，但終究不敵，連帶其侍童也一并戰死。
在冷泉陣營附近還有加藤安政與其手下，在拂曉李如梅開始突襲時，還在睡夢中的加藤士兵很長時間都沒反應過來，直到潰敗的毛利士兵逃到加藤陣營，加藤安政方才意識到明軍已經打過來了。
加藤安政迅速披甲，帶上十一名親衛一起逃命，但先鋒軍豈肯放過他，遂緊追不舍。加藤無奈，只有一邊逃命一邊拼死反擊，最終他倒是僥幸逃脫，其手下陣亡大半。
駐守蔚山倭城周邊的宍戶、淺野幸長、太田一吉等人聞訊后，急忙調兵支援兵營城，很快就集結了萬余兵力。
李如梅分兵設伏于蔚山百年巖附近即兵營城以東（農所），他本是誘敵深入，卻突襲得手也是沒想到。楊登山、擺塞則埋伏于東川兩翼，只等倭寇援軍上勾。
李如梅見倭寇大軍已經出動，便佯裝不敵撤退，以期把大軍引入明軍埋伏圈。
辰時，麻貴也趕到戰場，此時的倭寇已進埋伏圈，他率了二百韃子騎兵迅速加入戰斗，麻貴騎兵皆持環鞭左甩右打，如雨疾雷。而倭軍不及掩耳，連筒銃都來不及用。隨軍的朝鮮忠清道節度使李時言親眼目睹韃子騎兵的作戰，不禁感慨道：“筒銃于馬戰，亦末耳！”
巳時正，已呈敗相的倭寇援軍放棄了兵營城，轉而逃向尚未完工的蔚山倭城。這一路的潰敗猶如洪水下泄，才逃出騎兵陣，又陷入槍斧陣，大地上冒起騰騰白煙，刀斧聲砉砉然，達于遠邇，乞命之聲，嘈雜如市。
有命逃到江邊的倭寇，見江中有船，又一哄而上搶奪，結果船只傾覆，又有多人死傷。
午時，楊鎬也趕到戰場督戰，直至申時，戰斗方才告一段落。
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