自万历二十五年七月二十八日侵朝日军分兵为左、右两军以来，短短两个月内，日军席卷了庆尚道、全罗道、忠清道。其中，日军右军最远打到了京畿道的竹山、安城，有直捣王京之势。当时，日本水军也很可能经西海（全罗道、忠清道、京畿道沿海）一路北上，到达汉江，袭取王京。如果日军水、陆齐进，那大明本土也将面临极大的威胁，正如《两朝平攘录》所指出的那样：
至于王京水路，正西则江华，西北则平壤之黄州，再北则嘉山、安州，西北则义州之鸭绿，此皆王京以上紧要水口。倭若进海而北，皆可以入。贼以一半从陆牵制于南，一半由水抄入于北，而吾兵反在其中。自此倏忽，而旅顺，而天津，而登莱，顺风扬帆，无不可到。
幸运的是，九月十五日以后，日军右军遵循丰臣秀吉的军令，从忠清道撤退，使朝鲜在陆路上的威胁暂时得以解除，但日本水军仍然有进犯西海的势头，朝鲜在海上的威胁并没有消除。
漆川梁海战结束以后，由于元均率领的朝鲜水军主力被歼，朝鲜方面一直担心日本水军会绕经西海北上，直逼忠清道、京畿道。早在七月二十三日，朝鲜国王李昖就针对这一问题说：“舟师既破，凶贼所向无前。若因风攀帆，直指西海，则忠清、京畿等处，不日而至矣。须有远虑，瞭望把截……”（《宣祖昭敬大王实录》）
八月十四日，李昖召见提督接伴使张云翼，再次谈到了日本水军问题。张云翼忧心忡忡地说：“小臣有迷劣之忧，浮海之贼，若不意绕出西海，则腹背受敌，尤无措手之地。”
对于如何防备日本水军的侵犯，张云翼提出了在忠清道的安兴梁聚集船只堵截日本水军的办法。朝鲜左副承旨金信元也提出相同意见，认为应当“收集余船，设一阵于安兴梁。又请天朝水兵驻于江华，以为声援，贼未得容易冲突”（《宣祖昭敬大王实录》）。
张云翼、金信元提议将防线构筑在安兴梁，正是为了防止日本水军绕至西海，直逼王京。他们猜得没错，日本水军的目的正在于此。《宣祖昭敬大王修正实录》记载，日本水军大将“号善水战，率其船二百余艘，欲犯西海”。《乱中杂录》也记载：“（宇喜多）秀家由蟾津入闲山岛留屯，贼酋等先以千余艘，发送西海。”
为解决日本水军带来的隐患，被重新起用的朝鲜三道水军统制使李舜臣从庆尚道的晋州启程，渡过蟾津江，奔赴全罗道东南沿海的求礼。但当时朝鲜水军经过漆川梁海战的打击之后，仅剩下十几艘船只，已经无力在此堵截日军。庆尚道右水使裴楔和全罗道右水使金亿秋聚集了剩余的船只，一路逃到全罗道最西南位置的珍岛碧波亭。李舜臣到达求礼以后，看到日本水军已停泊在港口。身边没有一艘船只的李舜臣只能带领10余个随从，经由小道，从全罗道东南的求礼一路跑到西南的珍岛，与庆尚道右水使裴楔和全罗道右水使金亿秋会合。（《乱中日记》《乱中杂录》《宣庙中兴志》）
李舜臣到了珍岛以后，开始招募兵力，带着这帮“疮残余卒”在海面上巡视。看到的人都觉得这样做很危险，裴楔劝告李舜臣，不如舍弃船只，登陆上岸，但李舜臣不听。朝鲜朝廷担心朝鲜水军孤弱，也令李舜臣弃舟登陆，但李舜臣还是不听，上奏说：“贼不敢直突者，实以舟师扼之也。臣一登陆，则贼必由西海达汉水，只凭一飘风，此臣所惧也。今臣战船尚有十二，臣若不死，则贼不敢侮我矣。”
从这番话来看，李舜臣同样担心日本水军会经西海抵达汉江，直趋王京，这一点与朝鲜国王李昖、提督接伴使张云翼的担忧完全一致。
八月二十八日卯时，8艘倭船突然入侵珍岛东面的于兰浦，朝鲜水军将士非常害怕，裴楔甚至想要逃走。但李舜臣不动声色，果断下令朝鲜水军迎击日军船只，将敌军驱逐到了于兰浦东面的葛头。（《乱中日记》）此战过后，裴楔还是很害怕，从碧波亭的大营出逃了，后被朝鲜朝廷处死。
九月八日申时，又有13艘倭船向于兰浦袭来，意图消灭朝鲜水军。李舜臣下令朝鲜水军从停泊的港口出发，出海迎击倭船。尚未交战，倭船就调转方向逃走了。朝鲜水军追击至远海，却发现风向和水流方向都变了，因担心日军在附近埋下伏兵，于是就回到了珍岛的碧波亭。李舜臣认定夜里日军必定还会袭来，再三要求诸将做好防备。二更时分，倭船果然向珍岛碧波亭袭来，神色恐惧的朝鲜水军将士在李舜臣的再三严令下，才放炮迎战倭船。地字炮不断向倭船放砸去，“河岳震动”。倭船知不敌朝鲜水军，于三更时分撤军。（《乱中日记》）
九月十五日，朝鲜军官任俊英乘船到达珍岛碧波亭，向李舜臣汇报敌情。根据任俊英侦察到的情报，200艘倭船中，有55艘进入了于兰浦前洋。又说，有一个从日军阵营里逃出来的朝鲜俘虏金仲杰，向他提供了一些关于日军的情报。据金仲杰说，他在本月六日避乱于全罗道海南的达磨山，但还是被日军给俘虏了。幸运的是，他遇到一名于壬辰年被日军俘虏的不知道姓名的庆尚道金海人，此人与日军混得比较熟了，在其乞求下，金仲杰被松了绑。当天夜里，趁着日军熟睡，这名金海人偷偷对金仲杰说了日军的谋划：“朝鲜舟师十余只，追逐我船，或射杀焚船，不可不报复。招聚诸船，尽杀舟师人，然后直上京江。”（《乱中日记》）如果说之前朝鲜人担心日本水军经西海北上，只是他们的猜测，那么这一番谈话显示他们的目的，正是想歼灭李舜臣的10余艘船只，然后经西海直抵王京城外的汉江。
九月十六日，李舜臣率领朝鲜水军移阵珍岛北面的右水营，进入备战状态。李舜臣召集诸将，约束他们道：“兵法云：‘必死则生，必生则死。’一夫当迳，足惧千夫，今我之谓矣。尔各诸将，少有违令，则即当军律，小不可饶贷。”
李舜臣在《乱中日记》中写道，当天夜里，他做了一个奇异的梦。在梦中，有一个神人，指点他如何打仗，告诉他怎么做能够取胜，怎么做会打败仗。
九月十七日，日本水军大将来岛通总、胁坂安治、藤堂高虎、菅达长与军监毛利高政[24]，率领130多艘战船，从全罗道梨津浦出发，向珍岛碧波亭下的鸣梁海峡驶去。李舜臣闻讯，召集诸将，再三约束军令，然后下令13艘战船[25]从右水营出海迎战日本水军。但因为日本水军拥有明显的数量优势，朝鲜诸将自度众寡不敌，都想着逃命。在这种危险的情况下，只有李舜臣敢于迎战，他下令摇起所乘船只的船橹，突入敌阵，对着日军船只乱放地字炮、玄字炮等各种铳筒，“发如风雷”。船上的军官也对日军船只不停射箭，“如雨乱射”，日本水军一时不能抵挡，一会儿进，一会儿退。然而日本水军终究仗着船只众多，将李舜臣的船只重重围困，而其他朝鲜船只则观望不进。李舜臣船上的朝鲜将士见状，相顾失色。李舜臣好言安慰道：“贼虽千只，莫敢直搏我船，切勿动心，尽力射贼！”
但李舜臣刚说完这话，回过头就看到其他朝鲜船只已经逃到了约400米外的地方，全罗道右水使金亿秋的船只更是一下子逃到了约800米外的地方。李舜臣想要调转船头，追上中军金应诚的船只，将金应诚按照军法斩首示众。但是李舜臣的船一掉头，其他朝鲜船只就逃得更远了，日军船只更是扑过来围上李舜臣的船只，弄得他非常狼狈。李舜臣立刻让人在船上挥动招摇旗，让其他朝鲜船只过来救援。李舜臣打算斩首示众的中军金应诚看到后，总算按下恐惧，将船只渐渐驶向李舜臣。巨济县令安卫也有所触动，将船只驶向李舜臣，先金应诚一步靠近李舜臣的船只。
李舜臣站在船舷上，对着安卫大喊：“安卫欲死军法乎？安卫欲死军法乎？逃生何所耶？”
安卫听到李舜臣的这番严词质问，慌忙突入日本水军阵中。李舜臣又对金应诚的船只喊道：“汝为中军，而远避不救大将，罪安可逃？”虽然李舜臣怒气难遏，想对金应诚行刑，但是情况危急，只能令金应诚戴罪立功。
在李舜臣的严令下，金应诚和安卫的船只一改退缩姿态，冲杀在最前头，与日本水军展开厮杀。其中一名日本水军大将，指挥他麾下的两艘船只夹攻安卫的船只，得逞后争相登船。安卫和船上的朝鲜士兵拼死反击，或持棱杖，或握长枪，或拿水磨石块，对日军又刺又砸，莫不拼命。有七八名士兵落入海水中挣扎，几乎不能获救。李舜臣见状，急忙调转船头救援安卫，船上的士兵对着两艘日军船只疯狂射箭，几乎将船上日军尽数剿灭，成功解了安卫之围。鹿岛万户宋汝悰、永登万户丁应斗的船只也在这时候赶了过来，与李舜臣、金应诚、安卫一同对抗日本水军，合力射杀了许多日军士兵。激战中，日本水军大将之一的来岛通总战死，其麾下人员死伤过半。另一日本水军大将藤堂高虎手上受了两处伤。（《高山公实录》）军监毛利高政同样受了两处伤，甚至一度落入海中，直到被捞起来才保住一命。（《毛利高栋文书》）日本水军大将菅达长的儿子菅正阴，也在此战中阵亡。（《锅岛直茂谱考补》）在这场大战中，日本水军的一名大将与一名大将之子战死，一名大将和一名军监负伤，可见日本水军在鸣梁海战中遭受到了很大的打击。
李舜臣船上有一名叫作俊沙的降倭，看见海面上飘着一具穿着很华丽的“尸体”，他指着这具“尸体”说，这是日本水军大将之一的“马多时”。李舜臣根据俊沙的指认，让人用钩子把这具“尸体”给捞了上来。等捞上来以后，才发现这具“尸体”还有一丝气息，并没有死。俊沙高兴地跳了起来，说这就是“马多时”，没有认错人。于是，李舜臣命人立即将“马多时”斩杀。对于这位“马多时”的真实身份，有两种不同的说法，一种说法认为他就是来岛通总（《乱中杂录》），还有一种说法认为他是菅正阴（《两国壬辰实记》）。日本水军士气为此大挫，不敢再进犯朝鲜水军。朝鲜水军趁机鼓噪进发，一齐对着日军船只放地字炮、玄字炮等火器，又对其乱射弓箭，一共击毁了31艘日军船只，剩下的日军船只退避而去。李舜臣顾虑到“水势险极，风且逆吹，势亦孤危”，退兵到了后方的唐笥岛，并在当日的日记中写道“实天幸也”，可见也是心有余悸。此战，便是赫赫有名的鸣梁海战。[26]
鸣梁海战中，全罗道右水使金亿秋的船只远远逃命，对李舜臣见死不救。此战结束后，出于某种原因，李舜臣不仅没有处罚他，还上报金亿秋立下了战功。李舜臣上报朝鲜朝廷的战报是这样写的：
闲山岛溃败（指漆川梁海战）以后，兵船器械，散失殆尽。臣与全罗右道水军节度使金亿秋等，收拾战船一十三只、哨探船三十二只，于海南县海路要口把截。而有（日军）战船一百三十余只，从梨津浦前洋向来。臣督水使金亿秋、助防将裴兴立、巨济县令安卫等，各整兵船，于珍岛碧波亭前洋（鸣梁海峡）与贼交锋，冒死力战，以大炮撞破贼船二十余只，射杀甚多，贼众飘溺海中，斩首八级。贼船中有大船一只，建羽葆红旗，围青罗帐，指挥诸贼，围把我船。有鹿岛万户宋汝宗、永登万户丁应斗，继至力战，又破贼船一十一只，贼大挫，余贼远退。有阵中投降倭，指红旗贼船，认是安骨贼将马多时。获贼物画文衣、锦衣、漆函、漆木器、长枪二柄等因。（《宣祖昭敬大王实录》）
但鸣梁海战结束以后，日本水军并没有停止前进。朝鲜史料《看羊录》记载：“水路倭千余艘已到右水营，统制使以众寡不敌，遵海西上。”也就是说，李舜臣在战后因为力量不足，被迫率领朝鲜水军退避到后方，放弃了朝鲜水军的右水营基地。又据《毛利高栋文书》《宣祖昭敬大王实录》记载，日本水军在战后继续北进，进兵右水营北方的罗州川口、灵光岛等地，大肆杀戮。因此，朝鲜水军未能通过鸣梁海战的胜利击退日军，还被迫退到了全罗道海域的大后方，此战的实际作用相当有限。不过由于丰臣秀吉事前制定军令，要求日军打下全罗道后就退兵朝鲜沿海筑城，不得继续深入；所以当日本水军压制了全罗道西部海域，完成既定战略目标后，就选择撤兵了。