蔡牵的舰艇船高炮大，清军“水师战舰不能制，(浙江巡抚阮元)乃集捐十万金付(水师提督李)长庚，赴闽造大舰三十(艘)，名曰霆船，铸大炮四百余(门)配之”。嘉庆六年(1801)，清军水师装备霆船后便不断出洋追歼蔡牵船队。蔡牵采取分散游击，避强击弱，与其周旋于闽浙海面，使清军疲于南北奔命。嘉庆七年三月初五日，蔡牵在南日岛海面与闽浙水师发生遭遇战，损失战船3艘，随即向外海转移。五月初一日，蔡牵乘清军无备，率500余人夜袭厦门海口的大担、二担岛，全歼守军，夺得大炮13门。

嘉庆八年(1803)正月，蔡牵率船队北上浙江定海，往普陀山进香。李长庚率浙江水师掩至，占据上风发炮攻击。义军抗击失利，损失较大，退回闽海。二月，李长庚追到闽东三沙海面。义军因粮食、火药已尽，篷破桅坏，无力再行抵抗，蔡牵即利用闽浙总督玉德与李长庚的矛盾，向玉德伪降。当浙江水师退走后，义军在闽东人民的支援下，“缮樯械，备糗粮”，继续扬帆海上。尔后，“赂闽商造大艇，高于霆船”。六月，蔡牵于海上劫得台米数千石，并接济广东海上义军朱 部，朱 便率所部数千人与蔡牵联合反抗清朝。至此，海上义军声势复振。

嘉庆九年(1804)三月初十日，蔡牵与李长庚战于闽东浮鹰岛海面，双方各有伤亡。为了保存实力，蔡牵引军转战台湾。四月中旬，驶抵鹿港，进泊鹿耳门。二十八日乘雨袭击台湾重镇北汕，守军来不及发炮即溃败，游击武克勤、守备王维光战死。义军“遂燔木城，毁炮台，夺铁炮”。三十日夜又“焚鹿耳门营署，火光达安平”。总兵爱新泰移驻安平，不敢往救。五月下旬，蔡牵回师闽海，又有广东红头艚20余艘来附，会师于竿塘(今马祖)海面。六月初五日，温州镇总兵胡振声奉命带领在闽运木的20余艘战舰率先进攻，与义军激战于浮膺海面，总兵坐舰被击毁，胡振声以下官兵80余人丧命。义军获胜后，即分三帮北上浙海。清廷急命沿海水师严防谨守，合师“会剿”。八月二十日，李长庚率浙闽4镇水师合击蔡牵于定海以北海面。义军各帮未能密切配合，损失艇船3艘，从北关退走。蔡牵将这次失利委过于朱濆，朱濆不服，遂率所部单独行动，蔡牵之势少衰。之后，蔡牵几次海上作战均不利。

嘉庆十年(1805)四月，蔡牵集中艇船百余艘进攻台湾。在漳化洪老四数千义军的配合下，攻占淡水，“据沪尾，焚艋舺(今台北)”；继而分兵南渡，又有凤山，伤亡惨重，龟缩府城(今台南)及其附近。蔡牵在台湾人民的支持下，称镇海威武王，建元光明，设文武官制。十一月，义军一面逼攻府城，一面于鹿耳门、淡水等地设防，以对付大陆来援的清军。蔡牵亲率船队游弋海上，指挥海陆攻防。十二月二十四日，蔡牵于海上击溃台湾总兵爱新泰船队进犯。