四月初八日晚，夜色如墨，海風呼嘯。清軍的奇襲行動正式開始。一更時分，清軍的戰船悄悄散開，分別朝著預定目標駛去。關於奇襲部隊的指揮權，各方史料的記載存在差異：根據朝鮮史料的記載，奇襲部隊是由馬福塔指揮的；但從滿清方面的記載來看，馬福塔當時是在後方壓陣，並未直接參與奇襲行動。結合多方史料考證，負責奇襲主攻任務的，實際上是滿洲驍將鰲拜、準塔，以及步兵固山額真薩穆什喀。
鰲拜和準塔都是滿洲八旗中的悍將，作戰勇猛，悍不畏死。在他們的帶領下，奇襲部隊乘坐小型戰船，藉著夜色的掩護，悄悄靠近了皮島西北隅的山嘴。此時，明軍將士大多被正面的佯攻部隊所吸引，對西北隅的防禦有所鬆懈。奇襲部隊抓住這一機會，迅速登上灘頭，對明軍的防禦工事展開了突然襲擊。明軍將士猝不及防，一時之間陷入了混亂。
不過，明軍將士很快就反應過來，在將領的帶領下，對奇襲的清軍展開了頑強的抵抗。雙方在山嘴部位展開了慘烈的廝殺，喊殺聲、兵器碰撞聲、火炮轟鳴聲交織在一起，響徹夜空。就在雙方激戰正酣之際，薩穆什喀率領的滿洲精銳步兵趕到，加入了戰局。這支精銳部隊的到來，徹底打破了雙方的平衡，明軍的抵抗逐漸變得乏力。清軍憑藉人數優勢，一步步推進，最終殺至西北隅的江科萬地方，成功站穩了腳跟。
與此同時，正面的佯攻部隊也加大了進攻力度，掛帆鼓譟而進，從多個方向對皮島展開了全面進攻。明軍陷入了腹背受敵的困境，原本就分散的兵力，此時更是捉襟見肘。在清軍的兩面夾擊下，明軍將士雖然拼死抵抗，但終究寡不敵眾，逐漸失去了對各條防線的控制權。最終，皮島的外圍防線徹底崩潰，清軍湧入島內，開始了大規模的掃蕩。
按照滿清方面的史料記載，皮島戰役到這裡就已經結束了。但從朝鮮方面的史料來看，事情並非如此簡單。在清軍攻破皮島的外圍防線後，島上的殘餘明軍並未放棄抵抗，而是在將領的帶領下，退往島中高峰之上，繼續與清軍展開殊死搏鬥。據記載，當時聚集在高峰之上的明軍騎兵就有一千餘名，他們抱著必死的決心，與清軍展開了連日的激戰，始終不肯投降，直到十三日，這部分明軍才最終全軍覆沒。
《李朝實錄》中對這一段戰鬥有著更為詳細的記載：“漢之敗卒，退保一山，清兵四五百人，仰而攻之，漢人殊死戰，故清兵死者甚多，大將一人，亦中丸而死矣。”從這段記載中可以看出，皮島失守後，明軍的殘餘部隊仍然堅持抵抗了整整五天。在這五天的戰鬥中，明軍將士憑藉有利地形，給清軍造成了不小的傷亡，甚至擊殺了清軍的一名大將。這一細節，也從側面反映出了皮島明軍將士的頑強鬥志和不屈精神。
最終，皮島明軍一萬餘名將士，全部戰沒於這場慘烈的戰鬥之中。島上的數萬軍民，也未能倖免於難，慘遭清軍屠殺，整個皮島淪為人間煉獄。在這場戰役中，明軍總兵金日觀戰死，這一點在各方史料中都有著明確的記載，並無異議。而皮島總兵沈世魁的結局，則存在著不同的說法。
《明史紀事本末》中記載：“世魁即焚倉粟，攜家登舟，走石城島。”這一說法，與史實嚴重不符，可謂是大謬。事實上，沈世魁僅僅是將自己的家眷送往了石城島，他本人則選擇留在皮島，繼續與清軍作戰，最終被清軍俘虜，因寧死不降而被殺害。這一史實，無論是滿清方面的史料，還是朝鮮方面的史料，都可以證實。
《李朝實錄》中對沈世魁的結局有著更為詳細的記載：“都督使其妻子乘船避去而言曰：‘我則當死於此。’可知其以死自誓矣。”朝鮮國王在得知這一訊息後，更是感慨道：“有逃生之路，而效死不去，中國可謂有人矣。”從這些記載中可以看出，沈世魁在送走妻子後，立即重新投入到了戰鬥之中，直到力竭被擒。面對清軍的威逼利誘，他始終堅守氣節，寧死不降，最終被清軍斬首，用自己的生命詮釋了大明軍人的忠誠與風骨。
相較於明軍的傷亡記載，滿清方面的損失則難以準確統計。除了前文所列出的登島作戰陣亡名單外，還有大量的傷亡情況被刻意隱瞞。由於清人修史時往往忌諱提及自身的傷亡情況，導致具體的傷亡數字已經難以考證，只能從各方史料的隻言片語中進行推測。
根據《清實錄》的記載，在這場戰役中，骸骨莫能辨識的陣亡人數有四十人，另外還有十二名中低層軍官陣亡。這一數字，顯然是經過刻意刪減的，實際傷亡人數必然遠遠大於實錄所記載的數字。根據相關檔案記載，在第一階段的戰鬥中，滿洲八旗陣亡一百四十九人，其中包括護軍參領二人、牛錄章京三人、侍衛十五人、護軍校一人、驍騎校一人、護軍及披甲九十二人、旗人八人、包衣二十七人；蒙古八旗陣亡披甲人十二人；漢軍陣亡二十七人，其中包括牛錄章京一人、小拔什庫五人、披甲人二十一人；三順王所部漢軍陣亡七十二人，其中包括梅勒章京、甲喇章京十人、披甲人六十二人。以上各項相加，清軍的陣亡人數就達到了二百六十人。
但這並非清軍的全部損失，因為在檔案的末尾，還標註有“不寫入檔子”的字樣。這意味著，還有大量的傷亡情況被隱瞞，沒有被記錄在官方檔案之中。因此，清軍在這場戰役中的實際損失，可能遠遠超過現有記載的數字。畢竟，為了攻克皮島，滿清投入了一名郡王級別的將領，以及大量的八旗護軍精銳，歷時整整兩個月才最終拿下。僅僅是陣亡的中低層軍官就有數十人之多，普通士兵的傷亡人數，必然是一個極為龐大的數字。更不用說戰鬥力遠不如八旗精銳的朝鮮軍隊，其傷亡人數更是難以估量。
參考崇禎二年愣額禮等人攻打皮島的戰役，當時清軍就損失了一千餘人。而崇禎十年的這場皮島之戰，清軍投入的兵力更多、戰鬥持續的時間更長、戰鬥的慘烈程度也更高，因此清軍的損失，恐怕要遠遠超過崇禎二年的那次戰役。有歷史學家推測，清軍在這場戰役中的傷亡人數，可能達到了數千人之多。
但無論清軍的損失有多大，皮島終究還是淪陷了。這座孤懸海外的軍事據點，大明帝國最後一個能夠牽制滿清的軍鎮，最終還是落入了清軍之手。皮島的失守，對大明帝國來說，是一個沉重的打擊。從此之後，清軍入關再也沒有了後顧之憂，可以毫無顧忌地調動全部兵力，對大明帝國展開全面進攻。
