余人的损失退入城中据守。攻城的明、朝联军装备了神机箭、火车包围蔚山城，并曾数度发起攻城，但被日军集中火力击退。而日军也伤亡惨重，六百人以上被杀，许多士兵受伤。在围攻的第十天，日军由于饥饿和寒冷，被迫向明、朝联军求和。不久，小早川秀秋、毛利秀元、黑田长政等率援军自西生浦赶来，长宗我部元亲也率水军前来支援。此时援军兵力以达到一万三千人，加上城内守军已逾两万。麻贵意识到了事态的严重性，为避免局势进一步恶化，于正月三日再次发起攻城。杨镐、麻贵亲自督战，阵斩畏缩不前者，但明、朝联军士气已挫。而城中的日军得知援