日舰速率快、炮位多的优点，很快便显示出来。他们避开北洋舰队“定远”、“镇远”两艘主力舰，绕向北洋舰队的侧后，以左右舷炮轰击两翼小舰，而以首炮狂轰“定远”、“镇远”两舰背面，致使北洋舰队队形大乱，陷于被动局面。在敌人猛烈炮火的轰击下，“济远”、“广甲”两舰相继临阵脱逃，其余各舰仍奋勇还击。

面对强敌，丁汝昌指挥果敢冷静。激战中，他身负重伤，站立不稳，便坐到甲板上鼓舞士气，激励大家英勇杀敌。

日舰打乱北洋舰队的编组队形后，又以先锋舰“吉野”号为首的四艘快速巡洋舰直逼北洋舰队旗舰“定远”号。“定远”号是整个北洋水师的指挥中心，若有闪失，后果无法设想。为了保护旗舰，“致远”号管带邓世昌指挥“致远”舰开足马力，驶到“定远”号之前迎战来敌。顿时，“致远”舰陷入了四艘敌舰的包围之中，但“致远”舰将士在邓世昌的指挥下，顽强作战，不断给敌舰以沉重打击。舰上配备的炮弹打完了，便用步枪射击。

经过近一个小时的激战，“致远”舰中弹累累，船身倾斜，势将沉没。这时，敌舰“吉野”号野兽般冲近“致远”舰。这艘“吉野”号是日本参战舰中速度最快的主力舰，其马力几乎是“致远”的三倍。开战以后，它横冲直闯，对北洋舰队构成了极大的威胁。邓世昌怒视“吉野”号，登上舰桥，慷慨激昂地向全舰官兵宣布：“我们为国作战，早已把生死置之度外。现在我舰船伤弹尽无力再战，决定撞沉那横行霸道的‘吉野’号，与敌人同归于尽！”全舰官兵齐声高呼表示拥护。邓世昌跨进驾驶室，双手紧握舵轮，开足马力向“吉野”号猛冲过去。

日舰发现“致远”撞船的意图，立刻集中火力向“致远”猛轰。“致远”号燃起了熊熊大火，但并未停止，像一条火龙乘风破浪冲向“吉野”舰。“吉野”号上的日本兵见此情景，惊恐万分，纷纷跳水逃命。眼看“吉野”号就要完蛋了，不幸的是一枚罪恶的鱼雷击中了“致远”号，顿时全舰起火爆炸，不久便沉没了。

邓世昌落水后仍大呼杀敌，他拒绝别人的救助，抱着“阖船俱没，义不独生”的信念，与全舰二百五十多名将士一起牺牲于汹涌的波涛中。

“致远”舰的英勇行为大大激发了北洋水师将士的爱国热情。“定远”号在刘步蟾的指挥下，越战越勇，首先击伤敌舰“比睿”号，令其完全丧失了战斗力，不得不狼狈退出战斗。邓世昌殉难紧接着，“定远”号又咬住了敌“赤城”号，一举击毙敌舰长坂元八太郎。然后又击伤敌“西京丸”号。不久，“经远”号也中敌鱼雷沉没。打到后来，“扬威”、“广甲”两舰伤重自毁，“超勇”也被击沉。作为北洋舰队的两大主力舰“定远”号和“镇远”号，相互掩护、相互支持，在中方只有四舰与敌搏杀的情况下，一再给敌人猛烈的回击。敌军旗舰“松岛”号屡被击中，其储备的弹药被引爆，八十四人当场毙命，完全失去了战斗力和指挥力。黄海大海战下午时半，精疲力竭的日舰再也无力作战，首先退出了战场，大东沟之役结束。这次海战，北洋海军虽然有很大损失，但保住了舰队主力，还给敌人以有效的杀伤。

黄海大战后，北洋舰队退回旅顺军港全力休整。一个月不到，整个水师基本恢复了元气。月日，北洋舰队移师威海卫（今山东威海）驻防。

海上未占到什么便宜，日军便打起了陆上的主意，分两路从陆路大举入侵。腐朽不堪的清朝陆军数万人望风而逃，不战自溃，辽东半岛陷落。年月，日军又在山东荣成湾登陆，直接威胁威海卫军港的后方。威海沿海一线防御工事完备，火力配备也较强，应付来自海上的进攻绰绰有余。然而负责其后方守备的山东巡抚李秉衡昏庸怯懦，听到日军逼近的消息便狼奔豕突逃到莱州（今山东掖县），将威海卫南、北两方的陆路炮台拱手让给了日军。停泊于军港内的北洋舰队，顿时面临日军的海陆夹攻。