牛田战役后，倭寇们逃到林墩，盘踞起来。戚家军不给敌人以喘息之机，随后追去。林墩在兴化府（今莆田县）城东20里，这里本来就是倭寇的一大巢穴，大约有4000人在这里盘踞。
1562年10月9日，戚家军从福清出发，急行军70里，晚上住在烽头、江口，距林墩只有30里。第二天，军队抄小路进入兴化府。进城之后，分开安歇在百姓家。百姓听说是戚家军，十分高兴，照顾得很周到，做最好的饭让他们吃，安排最好的房子让他们睡。戚继光找来兴化知府，让他尽快备齐军中所需的粮草。
这天，戚继光非常忙碌，他穿戴整齐，拜会名流，出席宴会，不像恶战在前的样子。别人问起抗倭的事，他就说几句皮面上的话，很少提日后打算，要不就是几句“不忙，不忙。”人们都以为戚家军要在此长驻，等待时机。这正是戚继光的高明之处，这种做法使倭寇放松了警惕。
这天半夜，正在百姓家睡觉的士兵忽然被一阵铃声惊醒。受过严格训练的士兵知道，这是集合的铃声，他们很快起身，吃过饭，到武场集合。一会儿，第二遍铃响，士兵们已集合完毕，开始出发。
战马摘了铃铛，蹄子用草或布包上；士兵穿着轻便衣裳，把武器捆结实，以免发出声音。这么大的队伍悄悄出了城。人们都在熟睡，谁也没料到部队已经开始行动。倭寇更是一无所知。
这时明月当空，可以看出好远。戚继光怕被敌人哨兵发现，计划失败，令士兵原地休息。月亮落下去，天黑了起来，部队继续行军。
林墩倭巢，四周水沟纵横交错，地形极为复杂，只有两条路可走。一条为正路，名叫黄石大道，另一条为西洪小路，中间有一座小桥，叫宁海桥。戚继光计划从黄石大道进攻。快接近倭巢时，意外的事发生了，向导不见了。戚继光意识到坏了，向导投敌了。这时才发现队伍已走进西洪小路，四周都是有淤泥的水渠，路很窄，很难走。戚继光大为气愤，催促士兵赶快行军。路途更加艰难，东方发白时，才逼近倭巢，而这时倭寇早已发觉，战机早已错过。
戚继光下令进攻，战斗开始，倭寇利用有利地形，打得十分顽强。戚家军连夜行军，体力消耗大，再加上地形不利，攻打好久也没攻下。在战斗中，屡立战功的哨官周能壮烈牺牲。
正进攻间，后队突然乱起来。原来倭寇熟悉地形，绕到戚家军背后进攻。敌军气势汹汹，戚家军有些抵挡不住，纷纷后退。戚继光飞身上去，挡住士兵们的退路，大喊一声“再后退者，斩！”哨长刘武依旧后退，戚继光手起剑落，把他杀了，“再后退者如他下场！”形势还是不妙，士兵们还是后退，戚继光十分气愤，连杀14名士卒，“大丈夫为国捐躯，宁死阵前，不死阵后，怎能这么没骨气！”队伍这才稍稍稳定，士兵们振作精神，拚死反击。双方短兵相接，展开肉搏战，倭寇有些招架不住，开始溃败。戚家军士气更加高涨，奋力追杀。倭寇们四散而逃，落水淹死的不计其数。倭巢很快攻下，戚继光指挥军队追杀，追到黄石一带，收兵而回。这一仗取得很大胜利，救出被掠百姓2100多人。
戚家军出城时，城里居民没有察觉，直到捷报传来，大家才知道戚家军已经出兵，并且打了胜仗。戚家军凯旋归来，老百姓扶老携幼，出城十里迎接。
牛田和林墩两次胜仗，共歼敌3000名左右，救出百姓3000多人。同时，戚家军伤亡不少。凯旋进城时，百姓出城远迎，送上的彩旗和慰问品塞满了街道。戚继光拒绝对他个人的祝贺，说：“士兵们伤亡，我怎么忍心接受庆贺！”他亲自看望伤兵，安慰他们好好养伤。士兵们望着这个平易近人的主帅，眼里充满了泪水。他安排专门人员，做好阵亡将士的抚恤工作。
安葬士兵的大墓前，戚继光身着素衣，神情庄重。他眼中含泪，声音呜咽地说：“众位兄弟，你们远来自浙江，为了抗倭大计，和我一起南征北战。你们之中有多少英雄好汉，为杀倭寇耗尽了力，流尽了血。我们戚家军为有你们这样的汉子而骄傲，戚家军的将士忘不了你们，这里百姓也忘不了你们。我以万分崇敬的心情，以手中这杯薄酒，告慰弟兄们的亡灵。”他跪了下去，拜了三拜。后面的军兵跪了下去，百姓也跪了下去，许多人已经泣不成声了。戚继光端起一杯酒，洒在墓前的土地上。烧过的纸灰被风一吹，飘向天空。戚继光满心沉痛，落下几滴热泪。
戚家军到福建后，转战南北，荡平横屿、牛田、林墩三大倭寇巢穴，圆满完成了援闽任务。可是，戚家军伤亡不少，再加上水土不服，许多人病倒了。戴冲霄所率的1600人，又在牛田战役后调回浙江。现在戚继光手下能投入战斗的只有3000人左右。所以他决定回师浙江，补充一些新兵，专等来年春再和倭寇决战。这样，11月中旬，戚家军班师浙江。
回浙江不久，朝廷根据他的战功，提拔他任统辖台州、温州、福宁、福州、兴化五地的副总兵，兼管水寨，参将、游击以下武官都归他调遣。一人担任横跨浙江、福建五府州的副总兵，历史上也是不多见的。