从万历二十五年十月，加藤清正已开始在庆尚道蔚山城以东的岛山开始筑城，为尽快完成，几部共投入了近两万人昼夜赶工。
到了十一月，工程尚未完工，明朝的宣府、大同、蓟辽、延绥、保定、浙江等各路人马相继进入朝鲜，并在王京集结，准备开始全面反攻。
北京朝堂上有了一些新的变化，首先皇帝朱翊钧对拖了整整七年的朝鲜战事有些不耐烦了，播州杨应龙的叛乱此时愈演愈烈，他是希望尽快结束朝鲜战事，将兵马调回平叛。
而且已有言官对前方军队的表现颇为不满，已开始频频上疏弹劾刑玠等人。
在这些明明暗暗的压力之下，即便稷山取得了胜利，刑玠依然感到压力，于是十月十一下达了反攻命令，并在二十九日又抵汉城。
抵王京之后，随即召开军事会议，商讨剿倭的具体计划。经一番商议后决定先取蔚山。刑玠给的理由是：蔚山联络西生浦，负东海，直吞庆尚左界，为清正新据巢穴。闻其大集西生浦，机张兵甲于兹……欲渐进而蚕食江原、咸镜道，包括王京有之。使其势得逞，我之前后左右皆难救应，虽百万兵无所施……
蔚山，北接庆州，西通彦阳，南接机张，东南由水路可通西生浦及釜山。由陆路至西生浦一带，就是倭军重要的战略要地。
蔚山旧垒修的很早，当时明日和谈在‘达成’之后，为促使册封使渡海，便拆掉了地面工事的木栅、土塀等，但壕沟和石城垣却未动，年初加藤清正再次渡海之后，已着守开始加固蔚山倭城。
至九月中旬，城隍堂及伴鸥亭（合称东部洞）两座工事基本完工，到了十月十二，为应对明军的南下，浅野幸长和毛利秀元的部将宍户、安国、太田又在东川与太和江汇合处开始筑城，十一月十日，在城隍堂以西的岛山上修筑本城。
本城分为内城和外城，内城有本丸、二丸和三丸，都有陡坡及工事阻碍，本丸与三之丸之间落差极大，倭寇只要居高不下，那么火炮射程就能全程覆盖二之丸和三之丸。且三之丸的登城道左侧，又会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，江水涨潮时，船队可直趋至城下，人员物资皆可由此进城。
而外城的北东西三面筑有塀，洞开三门，北面二门，西面一门；塀外有土垒环绕，垒上设有栅栏；土垒外还有壕沟，壕外又有栅。
除了岛山，在东川沿岸，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。出丸与本城之间依地势还修了许多工事，而太和江沿岸多是水田，倭军亦在太和江左右筑垒。
另外，毛利还在倭城以北庆尚道左兵营原址上，利用原有石城设立了阵所，以拱卫蔚山倭城。所以整个蔚山倭城就是一个在西川、东川、太和江之间的L型平原上所修筑的复杂筑垒，与蔚山倭城互为犄角。
至此，倭寇部将的分布则是浅野幸长驻守在岛山外城东营（浅野小屋），宍户驻扎左兵营的阵所，太田驻于古馆山，加藤部下清兵卫驻扎城隍堂，加藤本人则在西生浦。
明军的将帅们并不清楚蔚山倭城复杂的结构，此时正谋划如何进攻，最终决定大军分为三协，左协由李如梅统领，分配兵力一万七，其部将有卢得功、游击董正宜、茅国器、陈寅、川兵千总陈大纲、朝鲜忠清道节度使李时言。
中协是高策统领，同样是一万七千的兵力，其下有祖承训、颇贵、李宁、李化龙、柴登科、苑进忠、吴惟忠、庆尚道右兵使成允门、防御使权应洙、庆尚道府尹朴毅。
右协兵力不到一万五，由李芳春、解生率领，部将有牛伯英、守备方时新、真定都司郑印、卢继忠、杨万金、陈愚闻、庆尚左道兵马节度使郑起龙、防御使**伯。
杨镐、麻贵督左右二协，刑玠留守王京，分得一千兵力，还有朝廷也派了陈效为监军。
另外，为此次总攻也备下了大量的火器装备，大将军炮、火箭、火药、及大小铅子，皆是辽阳分守运输。至于三眼铳、铁须筤、闷棍、火炮、火筒、团牌、佛郎机等，更是不计其数。
部署好兵力后，刑玠又令左右两协自忠州附近鸟岭南下，经安东直趋庆州，剑指蔚山。同时，因担心顺天的小西行长赶来救援，又由中协抽出一支人马屯驻于庆尚道的宜宁。如此即可防全罗道而来的敌人援军，又可东援左右两协。
刑玠又在三协中另外挑选了骑兵一千五，联合朝鲜军，自天安、全州、南原而下，一路大张旗鼓，做出要进攻顺天的样子，以图牵制倭军。
十二月初四，
时值冬天，汉城到处都显得冷清，红的黄的叶子还没掉落的，挂在树枝上寒风一吹尤显飘摇。
但今日却非同寻常，这里举行了盛大的祭天仪式，刑玠亲自登坛祭告天地。祭坛下列有火器阵，祭旗的时候，万炮齐发，蔚为壮观，一旁的百姓也激动不已，随着出征的将士一同高声呼喊……他们坚信，此次定能将倭寇赶出朝鲜。
初七，麻贵已抵达庆尚道边界的闻庆，于此地又召集三协大将秘密军议，他还另嘱朝鲜元帅权栗，希望庆尚道左水使李云龙能出动水师，多载炮手，在西生浦附近鼓噪，以助明军声势。
十八日，杨镐抵达义城，而后又与接伴使李德馨商议，派出了明军斥候宋好汉，并朝鲜降倭吕汝文，前去侦察倭军。
至二十日，杨镐、麻贵兵进庆州，杨镐又召集诸将讨论进兵事宜。翌日，吕汝文返回，并带回了他侦察到了倭军情报。这吕汝文凭借日本人的身份，进入了岛山城、城隍堂、太和江寨探察倭军兵力，并亲自绘了舆图。杨镐见之大喜，连忙拿过舆图细细研究起来。
欲全力进攻蔚山，但同时也须防釜山浦的援军会从水陆来救援蔚山，于是麻贵又从三协中抽调兵马，命中协高策、吴惟忠率军在陆路堵截从梁山、彦阳北上的釜山倭军。然后又从左协选出游击董正宜，让其率兵马前往南原、求礼，牵制顺天的小西行长，晋州的岛津义宏。最后，又命右协的游击卢继忠率兵二千，屯驻于西江口，堵截水路来的援军。
此番部署形成了两条防线，一条堵截顺天的小西行长从其驻地率军来援，一条堵截釜山倭军从水陆两方发兵来援。
十二月二十二，明军从庆州南下，分成三路前进：东路军是原三协中的大部队，直趋蔚山；中路和西路军是三协中抽调出来的兵马，去牵制晋州的岛津义宏、顺天的小西行长，由于兵力有限，于是故意布下迷阵，计在牵贼于北。
蔚山倭城以北，是毛利驻守的左兵营旧墟（阵所），承担着拱卫蔚山倭城的功能，此处亦作为防御明军南下的前哨据点。
二十三日拂晓，左协大将李如梅率三百先锋突袭了这里，而此刻的毛利还在睡觉，以至李如梅杀到时竟然毫无防备。
毛利军的先锋是浅口、阿曾沼元秀、冷泉元满，李如梅首先突破的是浅口阵营，士兵猝不及防，抵挡了几下便逃往了阿曾阵营。虽然阿曾也试图抵抗，但根本不是明军的对手，部队一触即溃。
随即明军突袭先锋又杀向冷泉阵营，这冷泉虽也是猝不及防，到底是个老牌武士，五十多岁年纪竟毫不退缩，但终究不敌，连带其侍童也一并战死。
在冷泉阵营附近还有加藤安政与其手下，在拂晓李如梅开始突袭时，还在睡梦中的加藤士兵很长时间都没反应过来，直到溃败的毛利士兵逃到加藤阵营，加藤安政方才意识到明军已经打过来了。
加藤安政迅速披甲，带上十一名亲卫一起逃命，但先锋军岂肯放过他，遂紧追不舍。加藤无奈，只有一边逃命一边拼死反击，最终他倒是侥幸逃脱，其手下阵亡大半。
驻守蔚山倭城周边的宍户、浅野幸长、太田一吉等人闻讯后，急忙调兵支援兵营城，很快就集结了万余兵力。
李如梅分兵设伏于蔚山百年岩附近即兵营城以东（农所），他本是诱敌深入，却突袭得手也是没想到。杨登山、摆塞则埋伏于东川两翼，只等倭寇援军上勾。
李如梅见倭寇大军已经出动，便佯装不敌撤退，以期把大军引入明军埋伏圈。
辰时，麻贵也赶到战场，此时的倭寇已进埋伏圈，他率了二百鞑子骑兵迅速加入战斗，麻贵骑兵皆持环鞭左甩右打，如雨疾雷。而倭军不及掩耳，连筒铳都来不及用。随军的朝鲜忠清道节度使李时言亲眼目睹鞑子骑兵的作战，不禁感慨道：“筒铳于马战，亦末耳！”
巳时正，已呈败相的倭寇援军放弃了兵营城，转而逃向尚未完工的蔚山倭城。这一路的溃败犹如洪水下泄，才逃出骑兵阵，又陷入枪斧阵，大地上冒起腾腾白烟，刀斧声砉砉然，达于远迩，乞命之声，嘈杂如市。
有命逃到江边的倭寇，见江中有船，又一哄而上抢夺，结果船只倾覆，又有多人死伤。
午时，杨镐也赶到战场督战，直至申时，战斗方才告一段落。