明军在这个过程中根本来不及交替掩护，稍一停顿就有被日军冲到前面包抄的危险，终于在这种强大的压力下，明军战斗队形开始出现了混乱，有些地段竟被日军步骑穿插分割开来。
说不准是什么时候，明军的战斗意志突然间崩溃了！先是几百人，紧接着上千人放弃了抵抗，四散奔逃起来，上万日军立刻呈扇形展开，撒网一样的截杀，双方直缠斗出30里地，到了黄昏时分，麻贵才率领着1000多名骑兵好不容易杀出重围向庆州方向落荒而逃，近两千名步卒则成了日军的刀下鬼。
危急关头，正碰上高策、茅国器收拾了3000骑兵回来增援，麻贵跑得大汗淋漓，挥挥手让二人领兵断后，自己率着残兵继续前奔。不久又看到吴惟忠率领着1000弓箭手在路边列阵，这才放下了心。
日军本打算乘胜追击，但是士兵多为步行，体力再好，训练再有素，经过30里地(一万五千米)追杀也有些吃不消了，见明军增援部队皆为骑兵，聚在高坡上严阵以待。岛津等人料想没有必胜的把握，看看时近黄昏，趁势主动收兵，退回岛山环城下寨，准备次日再战。联军经此役后锐气尽失，退到庆州不敢多作停留，又连夜撤向王京，蔚山战役终以联军惨败而告终。
注：岛山攻防战(蔚山战役)是万历朝鲜战争史上的重要篇章，在这场历时12天的战役中，以明军为主的联军由主动变为被动，由胜利转为失败，原因很多，简单归纳一下，就是天时、地利、人和这几样条件都不俱备。
有关这场战役双方的损失情况，一直争论很大，甚至中日两方的口径亦不统一。清代文人张廷玉在其著作《明史·纪事本末》写道：“镐不及下令，策马而奔，诸军无统帅，皆溃。加藤清正开栅追击，明兵死二万。”另据明史《列传一四七回·杨镐传》中说道：“诸营上军籍，士卒死亡殆二万。”
这段描写应该分开来看，第一段是写溃败的原因，基本没什么争议，第二段是联军死亡人数，认为明军在这场战役中阵亡2万人，那么我们可以推断，如果加上朝鲜军数字，保守的估计，联军损失至少应在2.5万人以上。
而据明代学者茅瑞征在《万历三大征考》中记载，明军大多为骑兵，日军援兵前后不超过5万人。在兵力相当的情况下，以骑兵部队为主的明军被以步兵为主的日军一举歼灭2万人，如果确有其事，那么此战称之为世界古代军事史上的奇迹亦不为过。
《明史》采用的这组数据为万历年间参议主事丁应泰弹劾杨镐的奏章中所陈。不过后来据东征军自己统计上报，蔚山战役明军总共阵亡7000人，朝鲜军阵亡4000人，合计为11000人。作为一支出国参战的部队，明军当时应该会有很正规的士兵花名册，损失多少只要照单对比，就能很清楚地看出来，所以笔者认为第二个数据是比较可信的。