Nach seiner Militärausbildung war der junge Yi als Offizier zur Verteidigung der Grenzdörfer im Norden gegen die Mandschurei eingesetzt. Dort fiel er bereits durch großes taktisches und strategisches Geschick auf sowie durch seine Führungsqualitäten. Dies führte leider zu Eifersucht bei älteren Vorgesetzten, die ihm seine frühen militärischen Erfolge nicht gönnen wollten zu oder Opfer einer Verschwörung die ihn ins Gefängnis brachte zur Degradierung führte. Diese war jedoch nicht von langer Dauer und seine militärische Karriere begann erneut. Seine Errungenschaften auf dem Schlachtfeld brachten ihm schnelle Beförderungen ein mit immer wichtigeren militärischen Aufgaben. Als 1591 die Bedrohung durch Japan und die Mandschurei für Korea immer größer wurde, konnte sich Yi in seinem neuen Posten als Kommandant zur See erfolgreich unter Beweis stellen. Er startete eine Reihe von Reformen und erdachte den Einsatz der Schildkrötenboote, die sich später als äußerst hilfreich gegen die japanischen Invasoren herausstellen sollten. Nachdem er seine erste große Seeschlacht bei Okpo erfolgreich geschlagen hatte, wurde er von König Seonjo zum Admiral ernannt. Weitere Siege auf hoher See folgten, in denen sich insbesondere die Kobuksan außerordentlich bewährten.

Leider sah sich Admiral Yi mit falschen Anschuldigungen und Gerüchten um seine Person konfroniert, die ihm schließlich sogar Gefängnis und Folter ein,brachten. Diese Verleumdungen wurden geschickt durch einen japanischen Doppelagenten bei einem einflußreichen General gesät und fanden bei den vielen neidischen Kommandanten großes Gehör. Selbst König Seonjo war Yi persönlich nicht wohlgesonnen, weil er eifersüchtig auf Yi´s Beliebtheit in der Bevölkerung war. Nur durch seine Unterstützer am königlichen Hof, die sich an seine ruhmreichen Taten erinnerten, konnte er 1597 der Todesstrafe entgehen. Nach seiner Haftentlassung wurde er erneut zum gewöhnlichen Fußsoldaten degradiert. Diese Erniedrigung ertrug Yi Sun-Shin jedoch mit großem Gleichmut und führte seinen Militärdienst nach bestem Wissen und Gewissen auch auf dieser geringen Position weiter.

Sein weitaus weniger kompetenter Nachfolger Admiral Won Kyun hingegen musste schwere Verluste auf hoher See durch die Japaner hinnehmen, die fast zu kompletten Vernichtung der ganzen koreanischen Flotte führten. Won Kyun wurde dabei von den Japanern gefangen genommen und exekutiert. Schließlich wurde Admiral Yi vom Hofgericht von allen Anschuldigungen enthoben, die sich mittlerweile als falsch herausgestellt hatten.

Yi wurde schließlich erneut in die Position des Admirals erhoben und es gelang ihm mit nur mehr 13 verbleibenden Schiffen und einer Besatzung von 120 Männern ein entscheidender Sieg gegen die japanische Flotte mit 133 Schiffen in der berühmten Schlacht von Myeongnyang am 26. Oktober 1597. Die Koreaner gewannen mit diesem Sieg die Vorherrschaft auf den Gewässern des gelben Meeres zurück. Er konnte so den feindlichen japanischen Truppen, die in Korea einfielen und bis nach China vorrücken wollten, die wichtigen Vorräte und weitere Truppenverstärkung über den Seeweg vorenthalten.

Am 15. Dezember 1598 versuchten die Japaner schließlich ein weiteres Mal, die Blockade der koreanischen und chinesischen Flotte zu durchbrechen und auch diesmal sollte sich die Taktik von Admiral Yi als erfolgreich erweisen. In der Seeschlacht von Noryang am 16. Dezember 1598 schlug er die japanische Flotte zurück und nahm die Verfolgung auf. Dabei wurde er jedoch unglücklich von einem Querschläger in der linken Achsel getroffen. Er erkannte, dass es sich dadurch eine tödliche Wunde zugezogen hatte, wollte aber den wichtigen Sieg nicht gefährden. So wies er einen seiner Offiziere an, sich wie er zu kleiden und das Kommando als sein Doppelgänger zu übernehmen, um die Moral der Besatzung nicht zu gefährden. Seine letzte Anweisung bevor er starb, war, seinen Tod nicht vor dem Sieg in der Schlacht bekanntzugeben, die schließlich zum Ende des siebenjährigen Imjin Krieges (1592-1598) führte.