27日,日本支持百济的水军先头船只在白江口遭遇刘仁轨军,双方进行交战,日军不利而退。28日,日军将领和百济国王会商,认为日军有战船400余艘,唐军仅百余艘,过高估计了自己的实力,盲目的认为“我等争先,彼应自退”,于是,未加整顿部署,便“率日本乱伍中军之卒,进打大唐坚阵之军”,双方展开了激烈海战,唐军“左右夹船绕战”,打乱了日军阵形,致使日军“赴水溺死者众,舻舳不得回旋”,最终,日军战船全部被焚毁,一时间“海水尽赤”,数万日军或溺死、或被唐军捕获。
在白江口失败的打击下,百济王逃往高句丽,余部全部归降,百济国彻底灭亡。
白江口海战的胜利,彻底粉碎了日本侵入朝鲜半岛的野心,日本天智天皇深恐唐军进攻本土,自公元664年开始,在国内耗费巨资,修筑了4道防线,此后日本调整对外政策,向唐朝臣服,开始以中国为师,谋求自强。