当东边太阳跳出地平线之时，宋元两军的水师在江陵城下开战了。在李恒号令之下，元军火战船、轻快战船一波波向宋军船阵发动了凶猛的进攻。宋军也不甘示范，也派出了火战船和轻快战船应对，江陵城头的火炮和八牛床弩也射出了威力强劲的炮弹和火矢，逼退了试图接近的元军大型战船。李恒的水军既包括大量投降的宋军，其水性和操船能力不在宋军之下，也有元军悍勇韧性和充沛武德，可谓集宋元两方水师之所长。力战至中午时分，宋军已渐呈疲态。随着船只损毁和人员伤亡的增大，高达再也弹压不住手下了，只能眼睁睁看着船阵慢慢往后退缩。
李恒见状大喜，只要从正面冲破了战阵，便可对宋军水师追亡逐北。在以往的战事之中，一旦战阵正面被突破，宋军便会四散而逃。眼见对方阵脚松动，他如何不喜在这一上午的战斗中，元军水师损失并不大，只损失了三百余艘轻快船和火战船，却击毁和俘获宋军五百余艘战船。只需要再加一把力，便可让士气低迷的宋军了无战意。为此他一面令岸上步骑开始攻城，以牵制江陵城头的火力，另一方面下令全体战船急攻，务求将宋军水师一举击溃。
密密麻麻的元军战船压来，让宋军水兵们心生怯意，有的掉转船头逃跑，却被后方的督战队阻。高达此刻内心绝望，他明白铁腕手段只能延缓却不能阻止失败。他抗蒙十余载，大小战阵经历上百次，并不是个怕死之人，但屡次失败已消磨了其斗志，不再愿意作无谓的牺牲。眼见事不可谓，他一面下令死战到底，一面示意身边的亲信做好准备。他准备移座到早已准备好的快船之上，向上游逃去。霹雳军仅有一个步兵团协助守城，他对江陵能否守住并没有信心。
正在这时，一艘快船窜到了他座船旁边，上面一名水手高声呼喊他的名号，并请求出战。高达见了他的霹雳军服饰，隐约记得这是来援的霹雳军营长，便急急同意其所请。与朱襈孙一样，他也认为霹雳军援军的到来能鼓舞士气，但不会改变扭转战局。既然这几百人愿意上去送死，便让他们前去吧，正好可以掩护自己逃跑。避让的号令，让阵列中央的宋军水师战船求之不得，纷纷往两边退去，有的乘机向侧后方退去。倾刻之间，阵列中出现了一条宽阔的水道。旗语之下，霹雳军水军营的三十余艘大小战船快速鱼贯而下，在最前面列成了一字战阵。
江陵城外的长江水面宽达数里。四千余艘元军战船布满了整个水面，形成了一个长宽各数里的船阵。最前面的是轻快船和火战船，他们在上午与宋军作战中损失惨重，只剩下了三百余艘。此刻这些轻快船被江风鼓荡着船帆，又在桨手的拼命划船下，正步步往江陵城逼来。紧随其后的是数百艘大型战船，这些战船少部分装备了火炮，大部分装备的是弩炮和投石机。在它们之后的是元军战船的主力，船上坐满了密密麻麻的弓箭手和士兵，主要用于跳帮作战。
由于溯水加上并非顺风，元军轻快船的速度并不快，这就给了霹雳军战船从容排阵的时间。当元军战船逼近到二里内时，霹雳军的两个火炮战船连开火了。两个连共有八艘火炮战船，两舷共装有八十门轻型炮，一侧便是四十门。轻火炮威力虽不如重炮，但喷出的弹雨仍然不可小觑，随即在密集的元军轻快船之中引起一片混乱，让不少战船或因无人操纵或因相互碰撞而翻覆。几艘火战船因火油罐被击穿，而燃起熊熊大火，在元军之中引起了更大的恐慌。借着敌人慌乱时刻和顺风顺水的优势，霹雳军的十艘火战船迅速接近元军阵列，并在喷光猛火油柜之中的火油，焚烧了二十余艘敌船后快速返回，竟然毫发无损。
元军士兵战斗韧性极强，被如此吊打反倒激发其凶悍之气，他们不肯退却半分，反倒驾船拼命往冲前锋。冲到一里处时，机枪战船连的十六挺水冷型重机枪开火了。密集的火力之下，元军轻快船上的士兵死伤狼籍，火战船也被打得燃起大火，泄出的火油在水面上燃烧。元军的轻快船中还藏有几艘爆破船，也在大火之下被引爆，剧烈的爆炸将周围的船只撕成了碎片，爆点半里之内的船只也在巨大的水浪之下被掀翻。
眼见形势急转直下，李恒急令全军压上，又令火炮战船冲到最方。他虽不知这些强悍火力战船乃是霹雳军派来，却也知道不能让这些船再从容发射。如果不解决这个隐患，船只人员损失倒是其次，军心士气必将一落千丈。他已看出对方火器射程不过两里左右，与已方火炮战船的射程大致相仿。李恒手下有自制和缴获自宋军的火炮战船二十余艘，装备有火炮二百余门。他相信只要进入射程，在集火之下，几轮炮击便能将对面那些火器船送入江底。
元军大型战船集体压上，却被前方四处乱窜的轻快船挡了航道，李恒恼怒之打出旗语，让轻快船退向后方。十余艘失去操作人员的元军轻快船顺水飘流，被已方前进的战船尽数撞沉。眼见黑压压的元军大型战船缓缓而来，声势十分骇人，这让士气刚有上升的宋军士兵又惊慌起来，不少人又准备脚底抹油了。高达喝住正欲驾船逃跑的亲信，又强装镇定，下令坚守阵脚。他心中既怀疑霹雳军能否抗住元军的进攻，又期盼胜利天平倒向已方。“蚁多咬死象”，霹雳军战船虽然强大，但元军如此之多的船只，怕也是应付不过来。在力量对比中，高达已视麾下军力为无物。
就在高达思忖的当口，只见五艘霹雳军梭形小船，借着顺风顺水，如离弦之箭往下游元军船阵而去。这五艘小船齐头并进，相互之间距离在半里左右。站在岸边山丘上指挥的李恒也知来船绝非普通快船，而极有可能是火战船或自爆船，急急打出旗语命令集火击沉这几艘来船。眼见元军准备射击，这些小船上的霹雳军士兵纷纷纵入水中，任由小船径直往下飘去，此时两方距离尚在二里左右。与霹雳军一样，宋军和元军的火炮都装在两舷。此时元军的火炮战船正在两里外调整船头，准备将船横在江中，以待发射。
炮兵尤其是战船炮兵是个技术兵种，需要长时间的训练。面对随波浪漂忽不定的霹雳军小船，元军火炮战船上的炮手们急得满头大汗，却难以瞄准，仓促发射出去的炮弹也难以击中目标。元军战船指挥官见状，急令将实心弹改为霰弹。密集的霰弹过处，小船倒是满身弹片，却并没有影响其继续顺水漂下。李恒打出旗语命令火炮不要停止发射，又令退后的轻快船前上阻击。在距元军战船阵约半里之时，终有霹雳军两艘小船因漏水严重而沉没，但其余三艘径直冲入战船阵列之中。此时去而复返的元军轻快船才刚刚赶到。