立花宗茂等人与明军战斗的同时，另外分出一支船队猛攻朝鲜战船。因为没有龟船助阵，朝军的板屋船与挟船在性能上与日船大体相当，而且在兵力上处于劣势，战到此时已经有四五十艘大小战船被敌船撞沉或焚毁，渐呈不支之势。
立花宗茂与小早川秀包、阿多盛淳等人闻报拦路的朝军被暂时击退，再也没了战意，趁着硝烟弥漫，先后尾随岛津义弘从光阳湾与南海界相间海域溜走。
市来亲家死心眼儿，兀自不退，在那样纷乱的局面中，他也不可能知道其他将领在哪里。
将近19日午时，两军仍在混战，忽听喊杀声天崩地裂般的响，只见斜刺里驶来一支船队，双方都惊惧地张望，这一看不要紧，一个喜来一个悲，原来竟是接到陈璘命令后，火速赶赴战场的明军机动舰队。这一支生力军由水师副将陈蚕、游击将军季金率领，挟二号福船9艘、大海苍40艘、小海苍20艘，共计69艘炮船！
日军早已是强弩之末，又见明军援兵杀到，当下骇得肝肠寸断，连那仅有的一点勇气都尽失了，当下发一喊四散奔逃，陈璘见状大喜，站在箭楼上挥舞着令旗喝道：“众军努力杀敌，切不可使一贼漏网！”
明军两支舰队汇合在一处，士气大振，尤其是陈蚕的船队，弹药充足，又求战心切，此时把数不尽的炮弹、火箭轮番向逃跑的日船倾泻过去。
市来亲家的关船接连挨了十几炮，桅帆上又被钉了二三十枝火箭，勉强保持不沉，正晃晃悠悠地走，一艘明军大福船眼睁睁看着就撞了过去，挡路的几艘小战船皆被压成碎片，关船上的日军惊恐中拼命施放铁炮弓箭，但根本无济于事，只听一声闷响，两船相撞，重创的关船立刻被撞断成两截。
船尾迅速下沉，船头向天上翘去，然后来个180度转体倒扣下来，再斜斜扎入海中，包括主将市来家亲在内的百余名日军无一人生还。
露梁海面上的战斗此时已经变成了屠杀，无数日船被击沉或焚毁，也有的日船见逃生无望，干脆往浅滩上搁去，然后士兵们狠狠心跳下水，又不知有多少人被淹死，剩下千余残兵败将泅渡至附近的南海岛上避难，弃置的战船转瞬间也被明船发射的火箭烧掉。
趁着日船被明军水师杀得大败，李舜臣率朝鲜水军一路追杀，又击沉了十几艘日军小战船和笨重的荷船。落水的日军士兵挣扎着呼救，朝船也不放箭，只是径直驶过去，将众兵压入水中，然后碾过浮尸继续前行。
最前面是奔逃的日本战船，中间是追赶的朝鲜战船，后面又是断断续续从露梁津海面逃出来的日本船，再后面是追击的明船，双方你追我赶混杂在一处，羽箭乱射，弹丸横飞，莫能辨其前后。