杨镐挟众奏大捷，邢玠密计奏宫中
此后明军又连攻数日均未能攻下岛山倭城，朝鲜后续部队也陆续赶至，日军闭城不出坚守待援。时值严冬，雨雪交加，寒风裂人肌肤，朝鲜各地大雨不断，蔚山地区以及至汉阳路面泥泞湿滑，明军火炮及粮草难以及时运至前线，雨雪时节，明军火力也大打折扣，不能对岛山日军占据绝对优势。而岛山地势陡峭，城高墙厚，朝鲜水军战力不足，明朝水军尚未向朝鲜进发，无法从海路切断日军补给，朝明联军久攻不下因而斗志日渐松散，攻城已远不如首日那般奋力。
日军依托城中建筑设施遮蔽雨雪，时刻注重保持火药干燥，日夜以火炮及火绳枪还击，并用毒药浸透弹丸，击中者必死无疑。多日下来因伤亡较大，明军解生部更因此伤亡惨重，被迫撤离难以再战。联军将领特为此集合商议，提督总兵官麻贵进言：“连日来联军将士们皆浴血奋战，但倭城坚固，我军火器不足，现在雨雪不断，火器难以使用，将士疲乏，士气衰退。而倭军背靠大海，海路畅通，接济无碍。经诸将合议，可围点打援，一则围城期间可防备倭寇援兵来袭，二则可休整联军，整备军械粮草，待度过寒冬之后再夺岛山。不知经略以为如何？”
杨镐不许：“这是何话，原本我已考虑过将士疲乏故令先行休整，如今我却只看到畏战怕死，战场之上尽皆敷衍，是否军法已形同虚设？对军令充耳不闻？”麻贵再劝：“并非如此，将士们日夜奋战，轮队歇息，战场恶劣，我军已失去攻城先机，为免战事突变防备不及，诸将才有此提议，末将以为此法正适用于当下战况。”
杨镐责备道：“麻贵，你也堪称名将，久经沙场，今日怎如此糊涂？倭贼仅据岛山顽抗死守，我军苦战无功，天时地利皆不在我，物资短缺，将士疲惫，这都是实情。而对倭贼而言同样苦不堪言，在这严冬酷寒之时正是我军攻占岛山之机。若按你们所言，我军确实可得到充分休整，但严冬过后，敌寇援军将会源源不断，攻克岛山遥遥无期。必须不惜代价尽快攻占岛山倭城！传下严令，全军不得懈怠，畏战者立即斩首示众！诸将务必竭尽全力，还请你也与我一起日夜督战，振奋军心。”
朝鲜都元帅权栗也赞同杨镐之见：“我也认为现在虽然持续攻城对我们多有不利，但我们如想尽快攻下岛山就必须得赶在敌增援之前，倭寇在补给方面已经完胜于我们，拖延日久，岛山越难攻克。朝鲜军虽然不如明军善战，但也必能奋战到底，感念明军为助朝鲜复国竭尽全力，朝鲜焉能不拼死效力。但有军令我权栗也必将遵从。”朝明联军因此在杨镐严令之下，再度分批全力向岛山进攻。
而岛山日军同样艰苦无比，日军因失去蔚山阵地而损失大批物资，岛山城中数日下来也所剩无几，军粮援助未至。浅野长政与加藤清正相商：“我已发出求援，现在正值严寒，援军应该还需几天才能抵达。现在伤亡日渐增多，所有人都很疲惫，军粮短缺，饮水断绝，必须设法撑过这几日。”
加藤清正问向锅岛直茂，锅岛直茂直言虽然全军饥渴难耐，却一定会坚持到最后一刻。无论付出多大伤亡，情愿战死阵中。但锅岛直茂也不知如何设法克服。浅野长政说道：“笼城战法本就为万不得已才能进行，足备军械军粮，鼓舞士气为第一要务，辅以奇谋方能大胜，加藤勇武可以一敌百，一旦援军救至，战局便能扭转。我可再派信使出海向釜山催促。”
加藤清正默默不语，走向马匹呆滞良久，忽拔刀而战马砍翻在地，加藤清正下令全军宰杀战马，按量配给马肉充饥，饮马血解渴。浅野惊异马血如何能饮？说罢加藤清正亲饮马血，酣畅淋漓，牙口鲜红，令人生畏。锅岛直茂随即也饮下一口，大呼过瘾，日军受其感召，杀声震天。浅野长政感叹：“加藤真乃鬼神也，太阁殿下有此猛将，神佛都将被其撼动。”
明军战至第十三天，日军援军由梁山、西生浦登陆，由小早川秀秋为援军总大将，与黑田长政、毛利秀元、长宗我部元亲领兵一万六千来援，后有岛津义弘之侄岛津丰久及吉川广家等领兵一万有余正在赶来救援。依照黑田如水之计，援军密布旗帜，船队遍扎草人身着军衣作疑兵之计，鸣炮示警以便明军探查。小早川秀秋高喊：“万世之功便在岛山，击溃明军，扬我军威！朝鲜兵首级赏钱五十文，明国杂兵首级一百文，敌将首级五十贯，讨取敌大将杨镐及麻贵首级者赏钱一千贯！”日军因此士气大振，向岛山急进。
此时明军尚未攻下岛山城，杨镐精神虚弱，先行回营歇息，准备停战休整。柳成龙对杨镐说道：“现在正是比拼气力的时候，万万不可松懈，倭寇虽然顽抗，军粮及用水都已所剩无几，但只要继续进攻定能获得全胜。”杨镐则十分疲惫：“倭寇已是瓮中之鳖，而我们已经连续攻打十三天了，我与麻贵日夜督战，将士们伤亡与日俱增，也疲惫不堪，还是应休整再战为好。”
权栗从旁提醒：“如不能加紧攻下倭城，一旦敌援军到来，攻城会更加艰难。”杨镐不耐烦道：“那又当如何？也正合我意，将倭寇聚歼在这岛山城下。”忽传急报日军来援已在梁山登陆，兵力一时难以计数，粗略判断可能在五万以上。杨镐大惊，柳成龙及权栗急请立刻发起总攻攻下岛山才能抵御住倭寇援军。
杨镐则对此议极力反对：“绝不可如此，即便我们发起总攻，岛山也非立时可下，如若我们未能在敌援军到来之前攻下岛山便会腹背受敌，四面楚歌，鲁莽行事只会前功尽弃！如今倭寇已受到前所未有之重创，先避免被敌夹击，待重整旗鼓之后再攻岛山则轻而易举。立刻传令全军立即向庆州撤退！”柳成龙与权栗再三请求继续攻击，杨镐不许，严令立即撤军。二人深感无奈
加藤清正及浅野长政得知援军赶至大为振奋，日军士气高涨，火力还击相较往日更为猛烈。麻贵于督战中察觉日军异常，忽见明军后队十分慌乱，纷纷北撤，明将解生来报：“传报倭寇大军来援，经略杨镐严令撤军，杨经略现已撤往庆州，军令仓促，士气大溃，乱不可制。”
茅国器请令：“大军已乱，还请提督速撤，我等殿后。”麻贵大怒：“尚未探明虚实岂能仓促撤军，军械辎重尚在，你等传我将令整肃军纪有序撤离，我自断后拖延。”吴惟忠劝道：“主帅已撤，提督身为副帅不可立于危军之中，倘若有失，军心难复，必将慌不择路，溃不成军，惨遭倭寇屠戮。提督整军撤离，我与茅国器率部断后，抵挡倭寇侵攻，一旦大军安然撤走，我二人便随后赶来会合。”
麻贵连连叮嘱二人务必保全性命，便令吴惟忠及茅国器领兵五千殿后阻击，自己整军撤离，护送辎重。小早川秀秋大军赶至随即便向明军阵地杀来，加藤清正见状也领军出击，吴惟忠及茅国器苦战方退，拼死才得以杀出重围。明军争相夺路，通往庆州路上多悬崖关隘，常有践踏坠崖而死者，此战日军战死、负伤、饥渴而死者共计万余，朝鲜战死千名，负伤三千，明军亡七千有余，战后伤者三千，朝明联军伤亡则在一万四千有余。
杨镐逃奔庆州之后又担忧庆州相距过近而不保，再度传令全军撤回汉阳。邢玠见杨镐大败孤身逃回怒从心起：“皇上对你委以重任，阁臣对你信赖有加，为何蔚山一役中处事如此轻率！杨经略，丢城弃地可罪当问斩呐。”杨镐则急忙辩解：“督师也知这严寒之下雨雪不断，攻城受限，给养供给艰难，水军又不能切断海面，此皆外因。将士疲惫，士气萎靡不振，皆贪生怕死之徒，此为内因所在，不然早已将岛山倭城攻下。我与麻贵日夜督战连战十三日，敌受重创，突闻敌大军来援，竟有五万之众！故先避其锋芒，以免腹背受敌，若反遭合围，那我才百死莫赎，如今休整再战而已。”
赞画主事丁应泰出言责问：“经略此言恐有避实就虚之嫌，此战之外因，当日议事之时便人所共知，经略也是力主出战，何必以此搪塞。战场谋划，临机决断，军心士气皆为主帅之责。依我看是经略您不纳谏言才使岛山久攻不下，一意孤行才使敌有可趁之机，此为刚愎自用之罪”
杨镐正欲再辩，麻贵一路追回汉阳，急见邢玠及丁应泰怒斥杨镐：“请督师及主事恕罪，末将本不该多言犯上，但实在愤恨难平。杨经略既然力排众议，坚持全力攻城便应当贯彻始终。即便敌来增援也应先探明虚实再作决断。眼见岛山倭城即将攻下却仓促撤军，官兵死伤无数，军心尽溃，苦战无功又成大败，军中对此颇有怨言。此乃各营队估报伤亡明细，请督师、经略察看。”