戰(zhàn)斗開始不久，北洋艦隊(duì)旗艦“定遠(yuǎn)”艦由于下水12年，7年未修，主炮炮塔起火，丁汝昌燒傷，信旗被毀（一說為被日軍艦炮擊中）。丁汝昌拒絕隨從把自己抬入內(nèi)艙，堅(jiān)持坐在甲板上督戰(zhàn)。日第一游擊隊(duì)4艦利用航速優(yōu)勢繞攻北洋艦隊(duì)右翼“超勇”、“揚(yáng)威”，二艦相繼被擊中起火，退出戰(zhàn)斗。日艦“吉野”也被北洋艦隊(duì)擊中起火，但很快被撲滅。13時(shí)30分左右，“超勇”沉沒，管帶黃建勛落水，“左一”魚雷艇駛近相救，拋長繩援之，黃建勛不就，從容死難，艦上官兵也大部壯烈犧牲。
當(dāng)日本第一游擊隊(duì)繞攻北洋艦隊(duì)右翼時(shí)，本隊(duì)也與北洋艦隊(duì)主力交相攻擊。日本軍艦“比?！?、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋艦隊(duì)截?fù)簟?/p>
“定遠(yuǎn)”、“來遠(yuǎn)”、“經(jīng)遠(yuǎn)”重創(chuàng)日艦“比?！?、“赤城”?！俺喑恰?a rel="nofollow" target="_blank" style="color:#4990E2;text-decoration:none;">艦長坂元八太郎陣亡?！拔骶┩琛币彩苤貏?chuàng)。
14時(shí)15分左右，日本艦隊(duì)繞至北洋艦隊(duì)背后，與第一游擊隊(duì)形成夾擊之勢。北洋艦隊(duì)腹背受敵，隊(duì)形更加混亂。在混戰(zhàn)中，北洋艦隊(duì)一直沖殺在前的“致遠(yuǎn)”艦受到“吉野”、“高千穗”等的集中轟擊，多處受傷，船身傾斜。伊東祐亨令第一游擊隊(duì)救援“赤城”、“比?！薄！凹疤?hào)”沖在最前面，正遇上全身著火的“致遠(yuǎn)”艦。鄧世昌見吉野恃其船捷炮利，橫行無忌，憤而說道：“倭艦專恃吉野，茍沉是船，則我軍可以集事。”決意與之沖撞，同歸于盡。鄧世昌毅然全速撞向日本主力艦“吉野”號(hào)右舷，日本官兵見狀大驚失色，集中炮火向致遠(yuǎn)射擊，致遠(yuǎn)艦右側(cè)魚雷發(fā)射管被擊中，引起大爆炸，3時(shí)30分，以右舷傾斜，在東經(jīng)123度34分，北緯39度32分的黃海海面上沉沒。全艦官兵除七名遇救外，其余自鄧世昌以下全部壯烈殉國。（此說法最接近事實(shí)，致遠(yuǎn)艦沖向吉野號(hào)，有可能就是為了使用魚雷攻擊。也有另外的說法是致遠(yuǎn)艦是被日艦火炮擊沉，戰(zhàn)前北洋水師已經(jīng)把魚雷拋入海中。）
“經(jīng)遠(yuǎn)”繼續(xù)迎戰(zhàn)“吉野”，遭吉野、浪速、秋津洲、高千穗四艦圍攻，中叢彈起火，全艦奮勇抗御，經(jīng)遠(yuǎn)全艦將士“發(fā)炮以攻敵，激水以救火，依然井井有條”。經(jīng)遠(yuǎn)艦以一敵四，拒戰(zhàn)良久。激戰(zhàn)中，管帶林永升不幸“突中炮彈，腦裂陣亡”，幫帶大副陳榮和二副陳京瑩也先后中炮犧牲。最后在浪速、吉野、秋津洲、高千穗的圍攻下經(jīng)遠(yuǎn)艦中彈累累，不久，“左舷艦首向水中沉下”，在東經(jīng)123度40分7秒，北緯39度51分海面上，艦首向東，左舷傾覆而沉沒。全艦官兵二百余人，除十六人遇救外，其余全部陣亡。
“致遠(yuǎn)”沉沒后，“濟(jì)遠(yuǎn)”管帶方伯謙、“廣甲”管帶吳敬榮，臨陣脫逃（方伯謙等是否臨陣脫逃，有不同看法）?！熬高h(yuǎn)”、“來遠(yuǎn)”因中彈過多，退出戰(zhàn)斗，避至大鹿島附近緊急修補(bǔ)損壞的機(jī)器。
定遠(yuǎn)、鎮(zhèn)遠(yuǎn)兩艦浴血奮戰(zhàn)，中彈甚多，幾次起火。
下午3時(shí)30分，鎮(zhèn)遠(yuǎn)艦的30.5公分大炮連續(xù)擊中日本旗艦“松島”號(hào)二次。松島后甲板四號(hào)炮塔中彈后，火焰引發(fā)炸藥，發(fā)生了大爆炸。松島船軸傾斜5度，冒起白煙，火災(zāi)大作。
日本聯(lián)合艦隊(duì)旗艦——松島
不久，靖遠(yuǎn)、來遠(yuǎn)搶修完畢，重新投入戰(zhàn)斗。日本軍艦赤城、比睿、西京丸負(fù)傷，旗艦“松島”情況也不容樂觀，“吉野”、“扶?！币彩芰藗?，又見北洋艦隊(duì)重新集隊(duì)，伊東祐亨便于17時(shí)40分左右下令撤出戰(zhàn)場。北洋艦隊(duì)稍事追擊，也收隊(duì)返回旅順。歷時(shí)5個(gè)多小時(shí)的黃海海戰(zhàn)到此結(jié)束。海戰(zhàn)的結(jié)果：北洋艦隊(duì)損失“致遠(yuǎn)”、“經(jīng)遠(yuǎn)”、“超勇”、“揚(yáng)威”、“廣甲”（“廣甲”逃離戰(zhàn)場后觸礁，幾天后被自毀）5艘軍艦，死傷官兵千余人；日本艦隊(duì)“松島”、“吉野”、“比?！?、“赤城”、“西京丸”5艦受重創(chuàng)，死傷官兵600余人。此役北洋水師雖損失較大，但并未完全戰(zhàn)敗。然而李鴻章為保存實(shí)力，命令北洋艦隊(duì)躲入威海港內(nèi)，不準(zhǔn)巡海迎敵。日本奪取了黃海的制海權(quán)。
黃海海戰(zhàn)自1894年9月17日12點(diǎn)50分海戰(zhàn)打響，至下午5點(diǎn)半結(jié)束歷時(shí)5個(gè)多小時(shí)，其規(guī)模之大，時(shí)間之長，為近代世界海戰(zhàn)史上遠(yuǎn)東戰(zhàn)區(qū)所罕見。
