1596 年 12 月，明朝與日本的談判破裂，豐臣秀吉在停滞四年後重新制定了入侵計劃。次年2月（明萬曆二十五年正月），豐臣秀吉發動了第二次對朝戰争。出動陸軍141,490人，水軍22,100人，水陸并進再度入侵北韓。這次來勢更加洶洶，準備更加充足。神宗得訊後，知道使臣和兵部沒有把日本方面的真實意圖動向報告朝廷，一心求和，竭力欺瞞。當即大怒，馬上下令革去兵部尚書石星等人的職務，令邢玠以兵部尚書出任總督，禦史楊鎬經略北韓軍務，再次出兵援朝。
由于北韓将軍元均對李舜臣的指控和日本雙重間諜吉原的陰謀，李舜臣遇到了麻煩。一向怨恨李舜臣的職位高于自己的元均，不僅蓄意撤銷李舜臣的多項指令，還經常向朝廷虛報海軍狀況和戰果。以诋毀李舜臣的人格。結果，朝廷越來越懷疑這位神武海軍的忠誠。
但日本人知道，如果他們新的入侵計劃想要成功，他們首先需要消滅那個毀了他們以前所有計劃的人。為此他們制定了一項計劃，讓他失信于皇帝。一名叫吉原的日本士兵被派往北韓将軍金應洙的營地，他提出要為北韓人擔任情報人員。金将軍欣然同意，吉原能夠充當告密者的角色，又能夠向南韓人提供看似有價值的資訊。一天，他向金将軍報告說：“不久，日本的加藤清正将軍将抵達北韓。我很快就能向你提供關于他所航行的确切時間和船隻的全部細節，但與此同時，讓北韓派通傑薩來伏擊他。
金将軍相信了他，并請求皇帝的許可，派遣李舜臣前往敵人到達地方。皇帝同意了請求，并指令李舜臣派遣船隻。然而，李舜臣發現自己無法服從皇帝的指令，因為他知道指定位置非常危險，有許多淹沒的暗礁。在這種複雜的情況下嘗試任何形式的軍事行動都是一種自取滅亡的行為。金将軍得知此事後上報朝廷，皇帝大怒，以為李舜臣抗旨不尊。李舜臣被逮捕并被關在漢城，并遭到毆打和折磨。皇帝想處死他，但李舜臣在朝廷的威望還是比較高的，支援他的人為他求情，于是就放過了李舜臣，免了死刑。
如元均所願，他被任命為同濟薩，取代了李舜臣的位置。然而，他在海軍方面遠不如李舜臣，在管理士兵和艦隊的職責上很懶惰，然而，元均于1597年8月27日（萬曆二十五年七月十五）在漆川梁遭日将藤堂高虎的伏擊，接管北韓海軍的元均在漆川梁海戰中指揮不利，北韓水師幾乎全軍覆滅，北韓更是喪失了制海權。元均本人也在戰役中陣亡。日軍占領了包括釜山在内的北韓多個島嶼。
得知元均慘敗的消息後，宣祖皇帝為自己草率的決定感到懊悔。無奈之下，宣祖皇帝再次起用了本來已遭罷黜的李舜臣。（李舜臣因讒言而被害入獄）李舜臣到任時，原來苦心經營的水師，隻剩下數艘艦船。但他因為身系救國重任，惟有在這個逆境裡盡其全力，在全羅道水營着手重建海軍。8月28日，李舜臣指揮這支剛重建的水師，再度與日本水師決戰，而決戰地就是在鳴梁海峽。鳴梁海峽是珍島與大陸之間的狹窄海峽，水流湍急。由于潮汐與海浪的緣故，每隔3個小時鳴梁海峽内的海流方向會發生逆轉。海峽僅寬約294米，狹窄到可以在兩岸拉鋼索。
李舜臣守在鳴梁海峽，但因兵力薄弱，是以決定設陷阱，派人乘退潮時在岸邊設定了鐵索與木樁。9月16日，日軍統帥藤堂高虎率領330餘艘戰船和2萬陸軍出發，欲趁漲潮時攻入鳴梁海峽，全殲北韓水師。10月26日的清晨，一切準備就緒後，李舜臣首先将海峽内的民用船隻喬裝成戰艦，以擾亂日軍，使其以為北韓水師已恢複過來。等日艦靠近時，隐蔽在山腳的李舜臣對日艦發起猛烈的炮轟。由于日本的艦船是尖底的海船，在湍急的海流中搖晃不定，加之李舜臣海軍有山體的遮掩，他自己則親率12艘戰船引敵深入鳴梁海峽。在成功引誘日軍進攻後，炮轟日艦船。
日軍欲發起反擊，由于北韓海軍占據地理優勢，無法發起有力的攻勢。北韓海軍趁機對準日軍指揮艦發起攻擊，殲滅日軍指揮艦和其他戰船2艘，當場擊斃日軍主帥來島通總。就在這時，潮水開始退卻，日艦互相撞擊，陣勢大亂，大量日艦擠在狹窄的海峽内，成了極其被動的攻擊目标。北韓艦船趁勢進攻，日艦因失去主帥，軍心散渙，隻得順潮向東撤退，但卻遇上李舜臣事先埋下的鐵索和木樁，無法退卻。北韓海軍發起總攻，憑借着13艘軍艦成功擊沉日艦36艘，擊毀92艘，并擊斃日軍8000餘人，大獲全勝，而北韓隻陣亡14人，沒有一艘南韓船隻丢失。北韓再度重創了日本水師，成功切斷稷山之戰以來受日軍控制的黃海補給線，重新掌握了制海權。這就是鳴梁海戰，如李舜臣将軍在日記中所寫的那樣，純屬天佑，堪稱海戰史上的奇迹。
對于此次曆史戰役，日、韓史學家有不同的争議。