后来，刘綎被罢免，腾冲营新首领刘天俸又被抓捕，于是邓子龙兼管两营，但邓子龙偏袒自己老部下姚安营，苦的累的腾冲营做，吃饭时姚安营是腾冲营的两倍，结果姚安营养成骄奢的习惯，因索要军饷不成而造反，叛军毕竟是职业军人，一路直打省城，一路烧杀抢掠，最后由巡抚萧彦调土汉兵夹击之方才平定，不过邓子龙却因此被剥职入狱。邓子龙入狱期间，猛广土官思仁跟他的嫂子甘线姑通奸，想娶她做妻子，没有成功，后来思仁跟他的同伙丙测一起叛逃缅甸，多次引导缅甸进犯内地。

邓子龙被审讯时，孟养贼思箇叛乱，巡抚吴定让邓子龙戴罪立功受到万历帝的允许，随后邓子龙在吴定的统领下大败普应春、霸生叛军，以此为战功官复原职。然而不久之后，邓子龙又被弹劾罢官回家。

兵部上书让邓子龙任副总兵、统帅水军出征朝鲜，经明神宗同意后，邓子龙跟随陈璘东征。时麻贵、李如松等人已将日军击溃，日军准备渡海逃回日本，邓子龙和朝鲜将领李舜臣率水军千余人在釜山海面上迎击日军，这就是著名的“露梁海战”。

战斗中，邓子龙精忠耿耿，虽已年过七十，仍领二百人向日军冲锋，想夺得首功，杀敌无数，然而别的船将火器误投到了邓子龙的船中，因船起火，日军趁机反扑，邓子龙力战而亡，前来救援的李舜臣也共同死亡。

神宗对东征朝鲜的将士论功行赏，赠邓子龙都督佥事，有一子因此为官，朝鲜还修建庙宇纪念他，朝鲜正祖后来发现《明史》之中的庙祀朝鲜并没有执行，于是下令将邓子龙的牌位，立于康津诞报庙中，与陈璘等将一体祭祀。