八月初八的凌晨，戚继光当众宣布了其作战部署：陈大成、吴惟忠、陈子銮、童子明各部为主力经兰田渡登岛，王如龙部占据港尾海岸，堵住倭寇外逃路线，都司戴冲霄进屯金垂渡，参将张岳进屯石壁岭，守住明军左、右翼，以防倭寇援军袭扰，水师指挥使任锦率战船泊于横屿外洋，防止倭寇沿海路逃窜。
八月初八卯时刚到（早上5点），所有渡海部队抵达兰天渡，严阵以待。这时潮水正在退去，浅滩开始显露，远望可见横屿岛矗立在海中，倭寇的堡垒也若隐若现。
面对隐约可见的敌人，戚继光做了一场动人心魄的战前动员，他手指横屿，神情凛然地对将士们说:“倭寇奸诈，早已探得我们要来，必然防备严密，我们涉海而渡，徒耗气力，他们却以逸待劳，此战必须一鼓作气消灭敌人，不然等海潮再起，后援难至，后果不堪设想！”
讲到这里，戚继光虎目含泪，哽咽着说道:“诸位追随我多年，于我如兄弟手足。如果没有破釜沉舟、背水一战的决心和勇气，不如就放弃这次作战计划，我怎忍心让诸位白白送死。”
在短暂的沉默之后，众将士齐声怒吼道：“万水千山跋涉而来，现在仇寇就在眼前，岂能贪生怕死，不荡平倭寇誓不归还！”
戚继光听了感佩不已，高声赞道:“好！这才是我戚家军的好儿郎！我当擂鼓为诸君助威。”
说罢戚继光亲自击鼓，鼓响之后，陈大成、吴惟忠、陈子銮、童子明等率部开始沿海涂涉渡，部队列成鸳鸯阵，一人一只“泥马”，在每匹泥马后面还负稻草一捆，将士们双手握住泥马上的横档，一只脚跪在泥马里，另一只脚在泥涂上蹬，只见泥马就在海涂上疾行如飞，很快就抵近横屿岸边。这里的海涂已经非常湿软，泥马都陷入其中，不能再行，戚家军开始匍匐前进，一边向前一边以稻草填泥，这对将士们的体力消耗非常大，部队行进变得非常缓慢。
倭寇首领波多雄一早有防备，他将一支部队沿山麓列阵，随时准备攻击登岛明军。当这些倭寇看着戚家军力气开始不支，都指指点点的大声嘲笑。
就在这时，戚继光脱了外衣和鼓手们一起奋尽全力猛擂战鼓，鼓声隆隆，自有一种鼓舞人心的力量，尽管前路泥泞不堪，行进困难，但进攻的战鼓却永不会停。明军以鼓声为令，每进百步战鼓就稍作停歇，士兵们借此得以休息，鼓声再起，将士们立即跃起奋进，如是反复，不过几次休整，戚家军就冲上了对岸。
当戚家军以迅雷不及掩耳之势，抢滩登陆，并建立起滩头阵地时，倭寇简直不能相信自己的眼睛，他们过于狂妄，对戚家军又过于轻视，直到此时他们才反应过来，匆忙展开冲锋，企图乘明军立足未稳打他们一个措手不及，把戚家军赶下海涂。
但戚家军虽然疲惫，阵型却丝毫不乱。陈子銮、童子明部摆开鸳鸯阵从正面迎击，吴惟忠部从右翼攻击，陈大成部从左翼沿山脚绕敌侧后冲击倭阵。
此时戚家军的鸳鸯阵又有新的变化，原来每队中十二人，其中的火头军只负责做饭不上阵，后来戚继光在实战中加以改良，让火头军持火铳列于队尾，那里需要支援，火铳手便向那里开枪，虽然不一定能命中，却给倭寇带来极大的威慑。
在改良版鸳鸯阵下，长枪手冲锋陷阵，狼筅手势不可挡，火铳手所向披靡，岛上硝烟四起，尘土弥漫，喊杀声、鼓声与大海的涛声混成了一片，一番鏖战后，倭寇无法抵挡，纷纷掉头向山上的木城逃窜，但明军四面围攻，将这股倭寇全歼。
而此时，波多雄一却率倭寇的主力盘踞在山上的木城中，准备居高临下，据险死守。他的如意算盘就是撑到天黑涨潮之时，再对明军发动夜袭，这是他们数次击败明军的必胜套路。
但戚家军全军上下对此都心知肚明，不是你死就是我活，这一战已经没有退路，只有置之死地才能后生。他们凭借着顽强的意志，必胜的信念，个个勇敢冲锋，猛攻木城，但倭寇准备充分，防御严密，戚家军一时也难以突破，战局暂时陷入僵持。
担任阻敌任务的王如龙见对岸厮杀激烈，心中急不可耐，急忙向戚继光请战，要求率部增援。戚继光也担心主力部队后劲不足，延误时机，就同意了王如龙的请求。王如龙率部登岸，迅速投入了战斗。
岸上的明军看到援军到来，顿时士气大振，作战更加英勇。担任主攻的吴惟忠部最是勇猛，在战友们的掩护下，百户丁茂悍不畏死冲到木城边，投以火油，并点燃了木城的栅栏，只见风助火势，整个木城陷入一片火海。
眼见木城被焚毁，波多雄一还想做垂死挣扎，但手下都觉得大势已去，开始不断有人逃跑，人心一散，队伍就不好带了，波多雄一见大势已去，也带着残兵向山里逃窜，妄图借助地形与明军周旋。
戚家军虽胜却并不大意，他们分工明确，合作无间，陈子銮、童子明部迅速控制了横屿各处要道，陈大成和王如龙部负责渐次搜索，吴惟忠部负责清扫木城中残敌，很快就把波多雄一围在山腹之中。倭寇回天无力，四处逃窜，不断被明军斩杀，波多雄一趁乱逃入海涂，结果陷入泥中被明军俘虏，最后明军全歼横屿倭寇，大获全胜。
此战从卯时开始，未时结束，历时三个时辰。当戚家军得胜归来，回到蓝田渡时，恰好涨潮。戚继光以一首《凯歌》迎接这些英勇的将士，他一边擂鼓一边高声吟唱：
万人一心兮泰山可撼，
惟忠与义兮气冲斗牛！
主将亲我兮胜如父母，
干犯军法兮身不自由。
号令明兮赏罚信，
赴水火兮敢迟留。
上报天子兮下救黔首，
杀尽倭奴兮觅个封侯！
听到这首千古传诵的《凯歌》，戚家军群情振奋，他们合着鼓声以足踏地，一同庆祝这来之不易的大捷。
这场战役中，戚家军虽多人在攻城中受伤，但仅仅阵亡十三人，全歼倭寇三千余人，俘获包括首领波多雄一在内的倭寇九十多人，斩首一千余级，烧杀溺亡不计其数，解救被掠百姓二千余人。唯一可惜的是此战没能捉到倭首松浦惟，戚继光审问波多雄一后，才知道松浦惟很早就见机逃跑了。我们常说两军相遇勇者胜，也许从松浦惟逃跑的那一刻，横屿之战的结果就已经注定。
横屿之战是戚家军第一次入闽作战的首次大捷，沉重打击了倭寇的凶焰，百姓为之欢呼雀跃，倭寇闻之魂飞胆丧，福建官军心服口服，朝廷上下赞不绝口。
此战是典型的特种作战战术—快速夺岛战。一般作战模式都是由精干部队实施突袭，占据登岛桥头堡，再派遣大部队登岛作战，最后完成对整个岛屿的控制，其特点是隐蔽、快速、机动，灵活。
在戚家军建军初期，由于兵力较少，戚继光更愿意采取运动战、伏击战和闪击战等方式，以减少自身伤亡。但随着军队逐渐壮大，对阵倭寇时经常占据兵力优势，其作战模式也发生变化，开始承担登陆、攻坚、包围等多种作战任务。
这次夺岛战，戚家军准备充分，指挥超绝，战术灵活，完全吸取了当初登州长山岛作战的经验和教训。登岛时攻其无备，出其不意，能迅速建立滩头阵地，并集中优势兵力歼灭反击的倭寇；在攻坚战英勇无畏、积极主动，能准确把握敌人的弱点，一举以火攻克敌；在追歼残敌时，各部之间分工合作非常默契，在最短时间内控制了整个岛屿，反映了戚家军作战经验日益丰富，作战手段也更趋多样。
