이날의 교전은 너무나 치열했기 때문에 아군의 피해도 많았다. 나대용과 이설(李渫)이 화살을 맞아 부상을 당했으며, 이순신도 처음으로 왼편 어깨에 총탄을 맞아 관통상을 입었다.
이순신은 피가 발뒤꿈치까지 흘러내렸지만, 끝까지 활을 놓지 않고 독전하다가 싸움이 끝난 뒤에 칼끝으로 살을 쪼개고 철환을 파내었는데 그 깊이가 수 촌 이나 되었으며, 모든 장령은 나중에야 이 사실을 알고 놀라지 않는 사람이 없었다. 이순신은 교전 중 부하들의 사기를 염려하여 자신의 고통을 참았던 것이었다.
사천해전이었다.

이순신은 당포에 도착하여 적들을 살펴보니 해안에 머무르고 있는 왜병들은 무려 300여 명에 이르렀으며, 그 중의 약 반수는 성내에서 노략질과 민가를 불사르는 만행을 자행하고 있었으며, 나머지 반은 성밖의 험준한 곳에다 진을 치고 우리 선단을 향해서 조총 쏘았다.
여기에 정박하고 있는 왜선은 우리 판옥선만한 것이 9척, 중소선(中小船)이 12척, 모두 21척이었다. 그런데 이 중에서 가장 큰 배에는 누각을 세워 배의 높이가 30자나 40자쯤 되었으며, 이 배는 왜적 대장의 지휘선인 듯 했다.

그리고 이 대장선 주위에는 붉은 비단으로 된 휘장을 두르고, 사방에 누른 글씨를 썼으며 앞면에는 붉은 일산(日傘)을 세우고, 그 안에 구루지마 쓰지라는 지휘관이 있었다.

거북함은 누각 대선 밑으로 접근하면서 용 아가리에서 현자철환을 치쏘면서, 천자총통과 대장군전(大將軍箭), 장군전(將軍箭) 발사하여 대장선을 깨뜨리기 시작하였고, 뒤따른 여러 전선들도 철환과 편전(片箭), 그리고 승자총통(勝字銃筒) 등을 쉴 사이 없이 발사하여 거북함의 활동을 도왔다.
배 위에는 사람 한 명 없이 용머리를 치켜들고 달려드는 이 거북함은 총환을 맞으면서도 천연스럽게 돌진하기만 했다.

이순신은 이억기와 원균과 함께 전선 51척으로 합동함대를 편성하고 앞날의 작전을 위해서 새로운 계획을 논의했고 전 함대를 착량(鑿梁)으로 이동하여 밤을 지냈다.

다음 날인 5일에는 안개가 개이기를 기다리는 동안 적들의 정황을 염탐하게 하고, 전투준비를 철저히 하도록 했다. 적의 함대가 당항포로 이동하여 정박하고 있다는 정보를 얻었기 때문이다.

3도 수군의 연합함대가 당항포 앞바다에 다다르자, 이순신은 치밀한 계획을 강구하여 먼저 3척의 전선으로서, 포구내의 지형을 상세히 정찰하게 했다.

몇 시간이 지나고 정찰선은 적을 있음을 알려왔다.
이순신은 전선 4척을 포구에 머물러 복병하게끔 지시한 후 나머지 전선을 거느리고 포구 안을 향하여 들어갔다. 이순신 함대가 소소강(召所江) 서쪽 기슭에 이르니 왜선들 검은 칠을 한 왜선 26척이 줄을 지어 있었다.

전투는 왜선의 선공으로 시작되었고, 이순신은 왜선을 포위하여 공격하였다. 그리고 큰 배를 목표로 거북함을 돌진시켰고, 다른 배들도 그쪽을 향해 집중 공격을 하였다. 왜군들은 점차 불리해지자 육지로 올라갈 수밖에 없었다. 이에 이순신은 포위망 한 모퉁이를 열어 그들의 퇴로를 내주었다.

왜선들은 대장선을 중심으로 중선과 소선들이 열린 수로를 향하여 빠져나왔다. 이순신은 적의 함대가 한 가운데에 나왔을 때 공격 명령을 내렸다. 이순신은 미리 배치해 놓았던 좌우의 전선들에게 명령하여 즉시 포위하게 하고, 전선들은 일제히 적선들을 향해 포를 발사했다. 거북함과 전선의 집중공격으로 대장선에는 불길이 일어났고 동시에 적장도 화살에 맞아 바닷속으로 떨어졌다. 이를 본 다른 대선 4척은 급히 북쪽으로 외양으로 퇴각하기 시작했다.

이를 본 이순신과 이억기 함대의 여러 장수들은 기회를 놓치지 않고, 즉시로 포위하여 맹격을 가하니, 지휘관을 잃은 왜병들은 기슭을 타고 도망하기도 했고, 또 다른 일부는 산으로 도망치는 것이었다.

사기충천한 이순신 함대의 군사들은 창검과 화살 등을 갖고 이를 추격하여 43명의 목을 베고, 일부는 대부분의 왜선을 불태워 버리고 짐짓 한 척만을 남겨 놓았다.

이 후, 이순신은 날이 어두워지고 있었으므로 이억기, 원균과 함께 모든 전선을 포구 바깥으로 이동하게 하여 내일의 작전을 논의하고 하룻밤을 지냈다.

새벽에는 왜병들은 남겨 둔 전선에 함께 타고서 나오고 있었다. 이때 전부장 이순신(李純信)이 잠복해 있던 군사들과 함께 이들을 공격하였다.

이러한 기습을 견디지 못한 왜병들은 바닷속으로 뛰어들었으며, 24살 정도로 보이는 적장과 왜병 8명을 죽였다.

전쟁이 한창일 때, 원균과 남해 현령 기효근 등은 뒤따라 와서 물에 빠져 죽은 왜병들은 모두 건져내 목을 베어 전공을 올리는 데에만 여념이 없었다. 때문에 군사들에 비난을 받았고, 이렇게 베인 목은 무려 50여 개나 되었다.
이날의 전투가 당항포해전이었다.

그리고 이날은 비가 내리고 바닷길을 분간하기 어려웠으므로, 그대로 당포 앞바다에서 군사들을 쉬게 한 뒤, 저녁에 마루장(고성군 동해면)으로 이동하여 밤을 지냈다.

7일 아침, 사방에 척후선을 보내 왜적선을 수색하게 했고 정오쯤에는 영등포 앞바다에서 왜군의 대선5척과 중선 2척을 발견했다.

모든 전선들은 율포 앞 바다까지 추격하자, 왜병들은 전의를 상실한 채 노획한 물건들을 모두 바다에 버리고 도주했다. 정운, 이몽구와 같은 장수들이 끝까지 쫓아가 왜선을 격파했다. 율포해전이었다.

이 네 번의 해전을 통틀어 당포해전이라고 부르며, 이순신은 이 해전의 승리로 자헌대부(資憲大夫 : 정2품)의 벼슬로 승직되었다.