为了重新组织攻势，经略邢玠将部队分成三个部分，由董一元指挥中军，麻贵负责东路，而西路则由刘綎指挥。此外，陈璘专门负责指挥水军。刘綎在水源扎营，而日本军队也分兵三路，其中小西行长据守顺天，挖掘深沟并加固了防御工事。
刘綎计划诱捕小西行长，他派出使者与小西行长约定会面的时间。使者三次往返，每次刘綎都会独自骑马在约定地点等候，以此来迷惑小西行长。小西行长通过侦察得知这一情况，误以为刘綎真的打算会面，于是同意在八月初一进行会面。
然而，在约定的日期之前，刘綎部下的某人不慎泄露了这一计谋，小西行长得知后大吃一惊，迅速逃离了顺天。刘綎的诱敌计划因此未能成功。监军参政王士琦对刘綎的失误表示不满，想要将其捆绑至中军营接受责罚。刘綎意识到情况不妙，于是极力督战，最终成功攻破敌营，迫使敌人退却，不敢再出战。
随后，各将领分三路出击，刘綎在挑战中获胜，将敌人驱逐进了大城中。不久，敌人得知丰臣秀吉去世的消息，开始准备撤退。刘綎趁夜色攻取了粟林和曳桥，取得了重大的战果。石曼子率领水军前来救援，但在中途被陈璘指挥的水军在海上击败。小西行长随后放弃了顺天，乘坐小船逃离。
八、播州之役
1600年（万历二十八年），因朝鲜之战中的杰出表现，朝廷提升刘綎为都督同知，并世代荫封千户职。为了平定播州土着首领杨应龙的叛乱，朝廷调集军队进行征伐。恰逢四川总兵官万鏊被罢免，刘綎被立即任命为新的四川总兵官。
在此次战役中，军队被分为八路，其中四川占据了四路。川东地区又分为两条进攻路线，其中以綦江道最为重要，刘綎被命令把守该地。杨应龙深知刘綎的才能，对此感到十分担忧，因此加强了对要害地区的防守。
正月，各路将领攻克了丁山、铜鼓、严村等要地，随后进军直捣楠木、山羊、简台三个山洞。这三个山洞地理位置极为险要，敌将穆照等人率领数万人在此驻扎，构筑了坚固的防线。面对这样险要的地形和强大的敌人，各将领感到相当担忧。刘綎则调遣兵力从三面围攻敌人，在李汉坝发起了一场激烈的战斗，成功活捉了敌军头目，其余敌人纷纷逃入山洞。刘綎乘胜追击，接连攻克了三个关隘，直达洞口，并放火烧毁了山洞，使敌人大受损失。最终，三个山洞全部被攻克，穆照和匪徒头目吴尚华被活捉。
在战斗中，刘綎亲自督战，左手拿着赏钱，右手握着宝剑，大声激励士兵：“卖命的有赏，不卖命的斩首！”尽管战斗中牺牲了四十人，但最终获得了全面的胜利。
杨应龙随后派遣他的儿子杨朝栋、杨惟栋以及党羽杨珠统帅精锐部队几万人，从松坎、鱼渡、罗古池三路进攻。刘綎在罗古埋伏了一万人，以迎击从松坎方向而来的敌人；在军营外也埋伏了一万人，以迎击从鱼渡方向而来的敌人；另外还准备了一支军队作为策应。敌人果然到来，刘綎的伏兵四起，率部转战出击，斩首数百人，并追击敌人五十里。匪徒聚集在石虎关进行防守，刘綎也挖掘战壕进行守备。
起初，刘綎听到任命他征伐播州的消息时，曾一度犹豫不决，寻找各种借口向朝廷施压。言官们一致弹劾他，商议调他任南京右府佥书。刘綎听到这个消息后，立即辞职。总督李化龙认为平定播州非刘綎不可，坚决挽留他，并极力向朝廷推荐，刘綎这才接受了任命。他率领部队翻越夜郎旧城，攻克了匪徒把守的滴泪、三坡、瓦窑坪、石虎等各个关隘，一直抵达娄山关。
娄山关地势险峻，万峰竞立，直插云天，仅有一条宽仅数尺的小路可通。匪徒在此设置了木栅栏十四座，两侧都挖有深沟，极其险要。刘綎分派左右两路奇兵从小路直插关隘背后，自己则统领大军从正面仰攻，最终夺取了娄山关，并追击敌人到永安庄，两路军也在此会合。
为了防止敌军冲击突围，刘綎采取了周密的防御措施，将各军营连为一体：一部据守娄山关作为大本营，一部据守白石口作为中间营，一部据守永安庄作为前锋营。然而，都指挥王芬勇敢但缺乏谋略，在几次胜利后产生了轻敌心理，独自在松门垭的要地扎营，距离大军营地有几里远。匪徒在乌江取胜后，计划夺回娄山关。穆照派人报告了王芬孤军驻防的情况，匪徒于是袭击并杀死了王芬，守备陈大刚、天全招讨杨愈也战死，损失士兵两千多人。
刘綎得知消息后，亲自率领步骑兵前往营救，部将马孔英、吴敦吉分兵两路夹攻，匪徒溃逃，刘綎追击到养马城后回师。当天，杨应龙差点被俘，从此不敢窥探娄山关。刘綎总结了之前的失败经验，在靠近关前设置了栅栏，并请求增派部队支援。十几天后，攻克了后水囤，并在冠军山安营扎寨。不久，与马孔英、吴广各路军会合，进军逼近海龙囤下，与其他将领共同平定了叛乱。在整个战役中，刘綎的战功最多。
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