《东师奏报失实疏》中明确记载了明军在蔚山之战的损失：“阵亡千、把总官张应元等二十一 员，军兵青打哈等七百七十七名。阵伤回营身故官六员，病伤回营陆续 身故军兵张四等八百一十七名。轻伤官军麻代等二千九百八员名。总之 不满五千，似与委弃万众者远矣”。也就是说，明军当场战死士兵＋军官总计798人，后来因受伤或生病不治身亡的官军有823人，总共死亡1621人，另有 2908人受了轻伤。朝鲜实录也明确记载了：臣（李德馨）回到安康， 访问得先后阵亡官兵，共该八百余员名，被伤官兵，共该三千余员 名。其后到安东路上，多见被伤官兵因伤物故，该数想过一千余员 名。官兵死伤之数，大约如此。
也就是说，蔚山之战，明军总计死亡1621人，这还是包括了病死的人数。另外朝鲜军在蔚山战役中战死298人，负伤876人，临阵逃走4982人，阵中仅存3813人。
那么问题来了，明史扯淡的蔚山明军死亡二万是怎么来的？蔚山战役之后，丁应泰曾上疏弹劾杨镐“又言自有東事以來遼兵陣亡已逾二萬”，蔚山战役死亡二万人的说法当然是从这里演化而来。不过丁应泰疏中说的是“自有東事以來”辽兵丧师二万。并未专指蔚山战役。那么“士卒死亡殆二万”是从那本史书而来呢？
《明史·杨镐传》出现的“士卒死亡殆二万”这一说法，最早出自明朝东征赞画主事丁应泰所著的《东事始末》。丁应泰此人很不可靠，他 大肆宣扬东征军在朝鲜作战失败的谣言，捏造了许多与事实不符合的传 闻。他所著的《东事始末》，先是影响到了方孔炤的《全边略记》、钱 谦益的《牧斋初学集》，继而影响到了《明史》。 梳理史料可知，丁应泰在蔚山战役结束后弹劾杨镐时，一开始说明 军战死近1万人（《万历邸钞》），后来因为心虚，他上奏的明军阵亡数字 缩减到了4800人（《宣祖昭敬大王实录》）。万历朝鲜战争结束以后，丁应泰 弹劾经略邢玠，否定明军驱逐日军的功劳。明神宗认为这会引起军队不 满，动摇到大明的政权稳定，于是便将丁应泰革职并驱逐回原籍。他为 此心存怨恨，便在自己的著作《东事始末》中，将弹劾杨镐时声称的明 军阵亡4800人拔高到了2万人。这个数字，就是这么来的。后来明清战争中杨镐率领的明军在萨尔浒之战惨败，导致世人对杨镐的评价差到极点，之前丁应泰诬陷杨镐的数据再一次被拿出来诋毁他。导致后世对杨镐的印象极差，认为他就是个草包，常败将军。然而实际上，第二次抗倭战争中，杨镐给日军造成了极大的打击，可以说不比之前的李如松逊色多少，稷山之战和蔚山之战都给日军留下了不小的心理阴影，尤其是功败垂成的蔚山之战。
说完明军，再说回日军一侧，早期文书对于日军损失讳莫如深，根本没留下只言片语。由于缺乏第一手资料，渡边刀水编撰的《碧蹄战史》及《蔚山战史》便宣称，日军实际战死人数不明。很多日方史料干脆采用明朝方面记载的俘虏＋斩首1300余作为死亡人数的数据。那么，日方真的不存在系统记录蔚山战损的文献资料吗？其实也不是。大河内秀元作为蔚山之战的亲历者，他所编撰的《阵中日记》将日军蔚山的战损分为三大项。其一，庆长二年十二月二十二日之战（即农所之战），日军战死一万八千三百六十余（很可能是把后续几天战死人数算进去了）；其二，笼城期间，岛山城内因饥饿而死者八百九十六人；其三,庆长三年正月六日义川河原合战（应为正月四月救援战之误），救援军总势内讨死二千八百余。仅依此三项统算，日军战损已超过二万二千人。
可以肯定的是，仅从二十三日兵营城夜袭到正月初一这天，日军从原本的23000守军＋三四千援军只剩下不到6000人，损失已经达到2万，再加上援军的损失，大河内秀元给出的2万2的确不夸张。更何况，明军解围撤退后，饥渴多日的日军暴饮暴食又倒毙大批，加藤清正等数人几乎仅以身免“尽毙，惟清正等若干人物得生”。可以断定，蔚山之战日军损失两三万人，远远超过了明军损失的10倍。甚至，仅蔚山一战日军的损失已经远超明军在整个万历朝鲜战争中的所有损失！
不管怎么说，蔚山之战虽然最后明军因为超出后勤上限，朝鲜人各种拖后腿＋地形拉跨重炮运不过来，还有兵力不足，地形劣势等种种因素限制，开局势如破竹，最终功败垂成，未尽全功，但是这场战斗给日军造成的打击相当大。野战被劣势兵力明军吊打，还有明军仅仅六个小时没有重火力的情况下攻陷了蔚山外围所有工事，这给日军造成了极大的震撼，日军诸将都畏惧了明军恐怖的战斗力，有了心理阴影。曾经的所谓强硬派“虎加藤”加藤清正这次是被彻底教做人，如同被人拎着一桶大便对它结结实实从头淋到脚，彻底灰了心，从蔚山跑到西生浦躲起来，闭门告病，终日不出来理事，据说抑郁无措：“我在此处何为？归国何颜？！”虎加藤几乎沦落为加藤猫。
日军诸将商讨事宜，决定各自退回自己据点，甚至打算收缩战线。加藤清正担心明军还会再度袭来，便请毛利秀元帮忙修补蔚山倭城。而在顺天倭 城的小西行长已经准备好了退路，他将大量物资装在船上，想要逃 走，“曳桥之贼，卜物载船，蔽塞海口……大概曳桥之贼，太半渡海， 卜船络绎，似非久留之计”。同时，小西行长的女婿宗义智，已经在南 海岛将全部物资装载到船上，准备逃走。可见明军对日军的打击有多大，一些日军甚至想直接滚回日本本土。
日军诸将认为难以再承受明军的攻击，最前线的几个日据城池肯定守不住了，因此想要舍弃掉它们，干脆退到更南方，贴着海岸线在山地上防守。
正月初九，，毛利秀元向丰臣秀吉报告，提出放弃蔚山，顺天，收缩战线。
二十一日，丰臣秀吉收到信件，对这一提案非常不满，十分愤怒，痛骂日军诸将胆小懦弱。
尽管如此，领教了明军战斗力的侵朝日军诸将仍然不放弃，继续提出收缩战线，黑田长政甚至在没有批准的情况下放弃了他驻守的梁山城。丰臣秀吉怒不可遏，从在朝日军军监到大名骂了个遍。黑田长政被没收部分领地，诸将都被丰臣秀吉斥责警告。
实际上，丰臣秀吉自己也很清楚，日军撑不了多久了，对侵朝战争灰心丧气，完全丧失了当初那种狂妄。最终同意收缩战线，弃守了一些要塞，并且下令将侵朝大将小早川秀秋、 宇喜多秀家、毛利秀元召回日本国内，直接撤回一半侵朝军队，只剩下6万余名日军留在朝鲜。继续留守在朝鲜沿海的，只剩下加藤清正、小西行长、岛津义弘、宗义智等主要侵朝将领。
至此，侵朝日军在朝鲜的防线几乎崩溃，可以说，这是被明军间接打崩的，蔚山之战后日军基本上只能在南方沿海地区招架了，在战略方面彻底陷入了被动挨打的局面。
二月二十四日，明军300余人再次前往蔚山，斩首日军30余级，抵近蔚山倭城发现这里的日军并不多，蔚山倭城已经处于半废弃状态。那些被明军攻陷的日军要塞基本上都被丢弃，日军不敢回去驻守，再加上防线崩溃。这么看来，蔚山之战对日军来说也根本算不上胜仗。即使就算是日军赢了，损失远远超过了明军，几乎超过了日军总兵力的七分之一，这样的所谓胜利再来几次，侵朝日军怕是真就全军覆没了。
