刘仁轨提出了作战计划：由刘仁愿和孙仁师率领陆军进攻百济国王扶余丰的指挥部周留城，刘仁轨率领水军配合陆军行动。

当时百济部队的总部不在周留城，而在另一座名叫豆良尹城的城市。唐新联军的大部队出动，进攻豆良尹城。城内的百济叛军匆忙抵抗。日本水军决定将1000多艘战船开到江中保存实力。不料到了公元663年的阳历10月4日，日军舰队和刘仁轨的舰队迎头相撞。中日两国有史以来记载的第一场海战——白江口海战正式打响了。

白江口会战做仔细的分析就会发现，刘仁轨的作战部署指挥方面确实是非常专业到位的。

首先，刘仁轨克服唐军数量不足的缺点，和日军迎头相遇后直接去进攻日军。

公元663年10月4日这天，日军是在没有太多作战准备的情况下和刘仁轨指挥的唐军遭遇的。当时的日军主观上认为自己的船只数量多（唐军战船170艘，日军战船1000艘），压根没有预料到唐军会主动发动进攻打击日军战船。刘仁轨的这一战术相当于是偷袭的方式进攻日军。打了日军一个毫无准备的措手不及。

其次，唐军水军的兵力部署非常科学到位。

刘仁轨率领的唐军水师部队有170艘战船，船体普遍偏大。唐军的一艘战船能承载最多700名唐军，但唐军水军参战兵力有2万人。这样计算下来，每一艘战船平均下来能装载120名唐军官兵。多余的空间可以装载武器和粮食，这等于唐军的战船做到了一船两用，既是作战船只，也是后勤船只。

日军船小，确实灵活。但日军的船只数量确实太多，不好集中最合适的海上队形去反击唐军。

最后，刘仁轨指挥的唐军采用左右两翼联合打击的战术，直接进攻日军船队。