由於曳橋易守難攻，劉給廷就設計誘捕小西行長，宣稱定於二十日雙方講和。泗川的島津義弘、南海的宗義智聽到小西行長要議和，都跑到曳橋，跟小西行長商量。
就在這時，西路軍來了一位重要人物——明朝參政王士琦，於初六趕到南原龍頭山督戰，催運糧餉。
王士琦，字圭叔，號豐輿，浙江台州臨海人。時以山東布政使司右參政職務(地方主管人員)監督明軍諸將，轄製劉給廷、陳璘，在最後關頭對西路軍擊敗日本人發揮了重要作用。
最早作好進攻準備的是麻貴的東路軍，他令副總兵解生為先鋒，分兵新寧、義興之間。令薛虎臣率兵七千人，與朝鮮兵千餘人留屯左水營，又派遣朝鮮別將金應瑞往慶州，約以九月十九日，攻擊溫井之敵。
初七，劉給廷的西路軍完成了進攻部署。他把西路軍再分為三協：副總兵曹希彬為中協大將，配屬朝鮮全羅兵使李光嶽；李芳春為左協大將，配屬朝鮮忠清兵使李時言；吳廣為右協大將，配屬朝鮮全羅防禦使元慎；遊擊傅良橋率三千人，配屬朝鮮忠清兵五百人，組成留守兵團，屯紮蟾津，防備後路；權慄隨同劉給廷，協調明軍、朝鮮人的行動。
九月初十，三路大軍分別抵達進攻位置。八萬將士摩拳擦掌，枕戈待旦，隻待一聲令下，就奮不顧身去完成最後的使命。
4.麻貴再攻島山
九月十一日，麻貴東路軍拉開了大會戰的序幕。
二更時分，先鋒解生、楊登山一千人直指蔚山；王國棟、頗貴三千兵士埋伏於路傍。子夜，明軍勇往直前，奮力搏戰，斬首十七。
十八日，幾路大軍齊頭並進，麻貴東路軍又從慶州挺進東萊。
董一元中路軍自三嘉進到晉州，先鋒藍芳威擊潰南江屯聚之敵，斬首五十餘。殘敵潰往昆陽，與昆陽之敵合勢，退守泗川舊館。
劉給廷西路軍自龍頭山過穀城，傍晚到達富有縣。陳璘水師進兵左水營前洋，協同劉給廷的攻勢。
首先打響戰鬥的是東路軍。
二十一日，東路軍頗貴、楊登山、王國棟、解生等部九千餘人進抵蔚山城北的古鶴城山。麻貴在富平驛舊址紮營，步兵屯於兵營舊址。麻貴看到一切準備就緒，於是出動一支精騎誘戰。
加藤清正派出一小股部隊忽出忽入。
一聲令下，大隊人馬從城中擁出，明軍千總麻雲率領二百騎兵，從箭灘徑至島山，出其不意，從背後發動襲擊。
日本人遭此進攻，陣勢大亂。明軍騎兵趁機橫擊踐踏，殺得日本人四處竄散，溺死水中不計其數，隻有一人在陸上被斬首。
日本人逃散一空，遺留的房屋、糧草很快成了灰燼，明軍又“據險割其糧稻，焚溺甚多”(茅瑞征《萬曆三大征考》)，奪取了大量的糧草補給。是日，朝鮮金應瑞也攻打東萊、溫井之敵，斬獲數十級。
初戰告捷，麻貴下令造草房，駐守下來，四麵包圍蔚山城，並不斷派出遊騎，往來挑戰。加藤清正並不急於跟麻貴一爭長短，而是主動放棄蔚山，集中兵力固守島山。加藤清正堅信，隻要憑險據守，島山堅不可摧。麻貴將成為第二個楊鎬。任憑明軍叫罵，就是躲在城內不出。可是隻要明軍一靠近，馬上銃炮大發。
二十三日，麻貴率頗貴、牛伯英進駐溫井與蔚山，對島山發起猛烈進攻。加藤清正據險頑抗，明軍傷亡累累。
島山慘敗，麻貴記憶猶新，心有餘悸，於是深溝高壘，堅壁不戰。同時派人議和，以為緩兵之計。
如此對峙了三天，基本上沒有大戰。麻貴心生一計，下令隊伍改變陣形，佯裝撤退，引誘日本人出城。但是被狡猾的加藤清正一眼識破，下令禁止士卒踏出城門半步。麻貴麵對堅固的島山束手無策，於是在二十七日退還。
二十九日，管撥軍楊汝德報稱，釜山敵人來援。麻貴見戰機已失，隻好下令大炮、糧草先撤三十餘裏，騎兵在西穀埋伏掩護，東路軍撤退。
不久，進攻泗川前期獲勝的中路軍敗訊傳來。麻貴意識到再打下去已經沒有意義了，十月初四，下令將全部輜重器械撤回，隻在慶州留下一小隊騎兵。於是，第二次進攻島山結束。
此戰，麻貴故地重遊，加藤清正以逸待勞，堅壁不出。雙方消極交戰，互有攻守，各有勝負，戰局沉悶。但是，進攻泗川的中路軍卻上演了一幕幕驚心動魄的大戲。
5.泗川故館大捷
泗川，北靠晉江，南臨大海，四周山勢險峻，雜草叢生，地形狹窄，異常複雜。
日本守將島津義弘，令聯軍大為頭痛的一個悍將，人們稱他為“石曼子”或“鬼石曼”。