倭寇显然没想到明军大败之后还敢逆袭长山岛，大部队都去追击吴安邦了，只留了只有一百余名倭寇在太平湾码头看守船只。戚继光赶到码头时，这些倭寇此时还在得意地清点偷袭明军大营的战果，毫无防备，被登州卫军队杀得四散奔逃。
戚继光立即组织军队登船驶向长山岛。长山岛也只有不到二百名倭寇留守，他们看到自家的舰船，还以为出征的倭寇得胜而还，都拥在岸边迎接。谁知道等到的是五百杀神，戚继光等人如狼似虎冲上岸去，把这些倭寇杀的尸横遍野，血流成河。如果吴安邦亲眼看到戚继光如此轻松就夺下了长山岛，恐怕会气得当场吐血。
登州卫军队很快找到了倭寇藏宝之处，看到堆积如山的财宝，戚继光不由得怒火中烧，这要劫掠多少老百姓才能积攒下如此多财富。众人都纷纷建议将这些财宝搬走，戚继光却异常清醒，现在最重要的是赶快返回太平湾码头设伏，否则被回援的倭寇堵在岛上，别说钱连命都没了。
在戚继光的命令下，众人依依不舍的放弃这些财富，驾船返回太平湾码头。戚继光吩咐将大船开往码头北方的岩石后面隐藏，又安排人手对码头的小船做了手脚，这才让大部队在隐秘位置设伏，静待敌军。
只过了不到半个时辰，追击吴安邦的倭寇大部队就赶到了码头。他们看到自己的大船不在，认为明军还在岛上，赶紧搜罗岸边小船，准备登船回岛。这些倭寇看上去精神不振，疲惫不堪，对这一点戚继光早有所料，厮杀了一个晚上，穷追明军败兵几十里，刚刚追到没多久，又收到讯息说老巢被端了，赶紧玩命往回赶，就是铁打的也受不了啊。埋伏在暗处的众将士见此都士气大振，纷纷看向戚继光，等他下命令出击，戚继光却并不着急，他还在等机会。这时倭寇开始登船，当半数倭寇登船后，戚继光终于下令，兵法云“击敌于半渡”，这正是戚继光等待的最佳时机。登州卫军队在戚继光率领下如狼似虎一般冲了过去，而此时倭寇们正抢着登船，遭明军突袭，死伤惨重。等他们逐渐稳住阵脚展开反击后，才发现这批士兵和前两天对战的明军截然不同，不仅战斗力更强，而且训练有素，特别善于几个人之间的团队配合，倭寇依仗的个人战斗力优势无法体现。倭寇渐渐不敌，开始向后退却，这时船上的倭寇想要下来参战，岸上的倭寇又想要逃到船上，彼此推搡，互相踩踏，顿时陷入一片混乱。
船上的倭寇首领看到岸上的情况，知道局势无法挽回，决定断尾求生，他下令立刻开船，不再管岸上倭寇的死活。看到船开走了，岸上的倭寇知道大势已去，有的跳下水想要游上船，有的向四处逃窜，还有少数发疯般冲向明军，这些毫无组织的倭寇很快就被登州卫军队消灭。
完全控制了码头后，戚继光赶紧命令部下将隐藏的大船开过来，组织将士们登船追击已经逃走的倭寇。已经登船离去的倭寇这时刚刚驶到一半路程，突然惊恐的发现他们的船开始漏水，而且越漏越厉害。原来戚继光派人将这些小船两侧凿了很多洞，并用海沙将洞填上，船在没有载人前，没有大碍，但吃水深后，海沙遇水就开始消解，船就开始漏水。由于漏水点太多，倭寇无可奈何，绝望中只能拼命划水，妄想在船沉之前驶到长山岛，当他们远远看到长山岛时，这些小船再也无法坚持，纷纷沉没，船上的倭寇在绝望中跳入海中，大部分倭寇都葬身大海，作为海盗也算死得其所。极少数水性好的倭寇眼看要游到岸边，突然发现身边出现几条大船，船上的明军正不怀好意地盯着他们，还掏出了渔网，像捕捞鱼虾一般将他们抓上船。
至此长山岛一千五百名倭寇全军覆没，除在前两天登岛战中死伤的一百余人外，被戚继光的军队斩杀五百余人，俘虏包括倭寇首领在内的二百余人，其余都葬身大海。以五百众全歼以战力强横著称的倭寇一千三百余，更多依仗的是戚继光的胆气和谋略，当然登州卫军队关键时刻表现出来的勇敢也值得称道。
戚继光再次登上长山岛，现在才算真正夺回了这座被倭寇占领数年的大明领土。这次戚继光没有客气，安排部分属下将一半倭寇财宝用大船运回登州卫，剩下的运回太平湾码头准备上交。为防止吴安邦贪腐，他还安排属下将这些财宝都详细登记入册，然后才不急不忙地派人向吴安邦报信。
已被杀破了胆的吴安邦在倭寇离去后，根本不敢追击，老老实实地躲在防御工事里。当听到太平湾码头传来喊杀声时，宋灿阳等几个登州卫将领都纷纷劝吴安邦率兵援助戚继光，都被吴安邦拒绝。宋灿阳等人急得如同热锅上的蚂蚁。后来随着喊杀声的逐渐消失，他们的心也渐渐沉了下去，赶紧派人去打探，来人回报太平湾码头满地尸体，但空无一人。所有人都以为戚继光凶多吉少，登州卫将士都痛心疾首，吴安邦等人却多少有些幸灾乐祸，还有人风言风语说戚继光没有自知之明，自招灾祸，气的宋灿阳等人差点和他们打起来。这时戚继光的传令兵过来报捷，全歼长山岛倭寇。众人听了如坠梦中，难以置信，吴安邦惊得差点把自己的胡子拔掉。直到传令兵把作战经过详细汇报后，众人才知道这一仗竟然打赢了。宋灿阳等人喜极而泣，这是山东卫所抗倭少有的大捷啊。吴安邦和手下却着实有些尴尬，你说高兴吧，自己是败军之将，可要难过吧，这可是打了大胜仗啊。还是宋灿阳机灵，赶紧请吴安邦到太平湾码头视察战果，这才化解了吴指挥使的尴尬。
在太平湾码头，吴安邦强展笑颜口头嘉奖了登州卫军队几句。就直奔主题，问到了长山岛上倭寇的财宝，戚继光立即安排部下将缴获的财物运了过来，吴安邦一见顿时眉开眼笑，但当戚继光顺手递上来的物资清单时，立刻就像吞了只苍蝇一样难受。但他不好当面发作，戚继光谈笑风生，好像毫无察觉，他只能暗自生气。
长山岛战役关键时刻戚继光力挽狂澜，采用的正是特种作战常用战术--秘密渗透，突然袭击。即采取各种隐蔽机动的方式，进入敌后方或纵深预定的袭击目标附近，运用伏击等手段，出其不意，攻敌不备，迅即制敌于被动，这是特种部队实施敌后作战惯用的战术手段。
从这场战役可以看出戚继光已经开始形成了在当时比较独特和先进的特种兵作战思想和战术，并将在今后的抗倭战场上大放光彩。
