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。
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