戰(zhàn)斗開始不久，北洋艦隊旗艦“定遠”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艙，堅持坐在甲板上督戰(zhàn)。日第一游擊隊4艦利用航速優(yōu)勢繞攻北洋艦隊右翼“超勇”、“揚威”，二艦相繼被擊中起火，退出戰(zhàn)斗。日艦“吉野”也被北洋艦隊擊中起火，但很快被撲滅。13時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。
當日本第一游擊隊繞攻北洋艦隊右翼時，本隊也與北洋艦隊主力交相攻擊。日本軍艦“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋艦隊截擊。
“定遠”、“來遠”、“經遠”重創(chuàng)日艦“比睿”、“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15分左右，日本艦隊繞至北洋艦隊背后，與第一游擊隊形成夾擊之勢。北洋艦隊腹背受敵，隊形更加混亂。在混戰(zhàn)中，北洋艦隊一直沖殺在前的“致遠”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救援“赤城”、“比?！?。“吉野號”沖在最前面，正遇上全身著火的“致遠”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?！睕Q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”號右舷，日本官兵見狀大驚失色，集中炮火向致遠射擊，致遠艦右側魚雷發(fā)射管被擊中，引起大爆炸，3時30分，以右舷傾斜，在東經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，致遠艦沖向吉野號，有可能就是為了使用魚雷攻擊。也有另外的說法是致遠艦是被日艦火炮擊沉，戰(zhàn)前北洋水師已經把魚雷拋入海中。）
“經遠”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，經遠全艦將士“發(fā)炮以攻敵，激水以救火，依然井井有條”。經遠艦以一敵四，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、高千穗的圍攻下經遠艦中彈累累，不久，“左舷艦首向水中沉下”，在東經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”沉沒后，“濟遠”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”、“來遠”因中彈過多，退出戰(zhàn)斗，避至大鹿島附近緊急修補損壞的機器。
定遠、鎮(zhèn)遠兩艦浴血奮戰(zhàn)，中彈甚多，幾次起火。
下午3時30分，鎮(zhèn)遠艦的30.5公分大炮連續(xù)擊中日本旗艦“松島”號二次。松島后甲板四號炮塔中彈后，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，火災大作。
日本聯合艦隊旗艦——松島
不久，靖遠、來遠搶修完畢，重新投入戰(zhàn)斗。日本軍艦赤城、比睿、西京丸負傷，旗艦“松島”情況也不容樂觀，“吉野”、“扶?！币彩芰藗忠姳毖笈炾犞匦录?，伊東祐亨便于17時40分左右下令撤出戰(zhàn)場。北洋艦隊稍事追擊，也收隊返回旅順。歷時5個多小時的黃海海戰(zhàn)到此結束。海戰(zhàn)的結果：北洋艦隊損失“致遠”、“經遠”、“超勇”、“揚威”、“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“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力，命令北洋艦隊躲入威海港內，不準巡海迎敵。日本奪取了黃海的制海權。
黃海海戰(zhàn)自1894年9月17日12點50分海戰(zhàn)打響，至下午5點半結束歷時5個多小時，其規(guī)模之大，時間之長，為近代世界海戰(zhàn)史上遠東戰(zhàn)區(qū)所罕見。
