平壤陷落的第三天，日本聯(lián)合艦隊在鴨綠江口大東溝附近的黃海海面挑起—場激烈的海戰(zhàn)，這是甲午戰(zhàn)爭中繼豐島海戰(zhàn)后第二次海戰(zhàn)，也是中日雙方海軍一次主力決戰(zhàn)。日本聯(lián)合艦隊的總司令官為伊東祐亨，他自幼對海軍感興趣，在江川英龍的學(xué)校學(xué)炮兵，后進(jìn)入勝海舟的神戶海軍操練所，與坂本龍馬、陸奧宗光共同學(xué)航海。明治初年加入海軍，曾任“浪速艦”、常備小艦隊司令、海軍軍令部第一局局長兼海軍大學(xué)校長，參加過戊辰戰(zhàn)爭。北洋水師的提督大人為丁汝昌，他從小家庭貧苦，咸豐初，父母雙亡，只能外出幫工。早年參加太平軍，后叛投湘軍，不久改投淮軍，官至北洋海軍提督。一個是從小熟悉海軍知識擁有豐富經(jīng)驗的總司令，一個是陸軍出身不懂海防的提督，從指揮官的素質(zhì)就可預(yù)見海戰(zhàn)的結(jié)局。
9月15日上午，北洋水師護(hù)送4000余名入朝援軍到朝鮮。返航后在鴨綠江口大東溝（今遼寧省東港市）遭遇日本聯(lián)合艦隊阻截，戰(zhàn)斗由此爆發(fā)。日本海軍在大同江外海面投入戰(zhàn)斗軍艦有12艘，包括其全部主力戰(zhàn)艦。日本聯(lián)合艦隊第一游擊隊率先發(fā)現(xiàn)了北洋水師。便掛出“東北方向發(fā)現(xiàn)三艘以上敵艦”的信號旗。北洋水師鎮(zhèn)遠(yuǎn)艦桅樓上的哨兵看到西南方向海面上有幾簇黑煙，也發(fā)現(xiàn)了日本艦隊。丁汝昌隨即命令各艦升火、實彈，準(zhǔn)備戰(zhàn)斗。日本聯(lián)合艦隊第一游擊隊在先，本隊在后，呈單縱陣，接近北洋水師。北洋水師在行進(jìn)中由雙縱陣改為橫陣，旗艦定遠(yuǎn)位于中央，其余各艦在其左、右依次展開，艦隊呈楔形梯隊。同時丁汝昌還發(fā)出命令：“各小隊須協(xié)同行動；始終以艦首向敵；諸艦務(wù)于可能之范圍內(nèi)，隨同旗艦運動之?！?p> 雙方艦隊相距5300米，北洋水師旗艦定遠(yuǎn)艦首先開炮。聯(lián)合艦隊第一游擊隊在距北洋水師5000米處即向左轉(zhuǎn)彎，航向北洋水師右翼。聯(lián)合艦隊航向北洋水師右翼，冒險將艦隊暴露于北洋水師陣前。十秒鐘后，鎮(zhèn)遠(yuǎn)艦也發(fā)出炮彈，緊接著，北洋艦隊各艦一齊發(fā)炮轟擊。三分鐘后，日本聯(lián)合艦隊旗艦松島艦也開始發(fā)炮還擊。定遠(yuǎn)艦主桅中彈，信號索具被炮火所毀，在飛橋上督戰(zhàn)的丁汝昌身負(fù)重傷。剎時間，雙方各艦百炮一齊怒放，硝煙彌漫，海水沸騰。丁汝昌拒絕隨從把自己抬入內(nèi)艙，堅持坐在甲板上督戰(zhàn)。日第一游擊隊4艘戰(zhàn)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，黃建勛不愿被救，從容赴死，艦上官兵也大部壯烈犧牲。當(dāng)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?！薄ⅰ俺喑恰?、“扶?！?、“西京丸”遭到北洋艦隊截?fù)??！岸ㄟh(yuǎn)艦”、“來遠(yuǎn)艦”、“經(jīng)遠(yuǎn)艦”重創(chuàng)日艦“比睿艦”、“赤城艦”。“赤城艦”艦長坂元八太郎陣亡。“西京丸”也受重創(chuàng)。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(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救援“赤城”、“比?！薄！凹疤枴睕_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?！睕Q意與之沖撞，同歸于盡。致遠(yuǎn)艦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(yuǎn)射擊，致遠(yuǎn)艦右側(cè)魚雷發(fā)射管被擊中，引起大爆炸，在黃海海面上沉沒。全艦官兵除七名遇救外，其余自鄧世昌以下全部壯烈殉國?！敖?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，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)艦沉沒后，濟遠(yuǎn)艦管帶方伯謙、廣甲艦管帶吳敬榮，臨陣脫逃（方伯謙等是否臨陣脫逃，有不同看法）。靖遠(yuǎn)艦、來遠(yuǎn)艦因中彈過多，退出戰(zhàn)斗，避至大鹿島附近緊急修補損壞的機器。定遠(yuǎn)、鎮(zhèn)遠(yuǎn)兩艦仍浴血奮戰(zhàn)，中彈甚多，幾次起火。鎮(zhèn)遠(yuǎn)艦的30.5公分大炮連續(xù)擊中日軍旗艦松島號二次。松島號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(zāi)大作。不久，靖遠(yuǎn)、來遠(yuǎn)搶修完畢，重新投入戰(zhàn)斗。日本聯(lián)合艦隊赤城、比睿、西京丸負(fù)傷，旗艦松島號情況也不容樂觀，吉野號、扶桑號也受了傷，又見北洋艦隊重新集隊，伊東祐亨下令艦隊撤出戰(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(jié)束。海戰(zhàn)的結(jié)果：北洋艦隊損失“致遠(yuǎn)”、“經(jīng)遠(yuǎn)”、“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(nèi)，不準(zhǔn)巡海迎敵。日本聯(lián)合艦隊奪取了黃海的制海權(quán)。
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(jié)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(yuǎn)東戰(zhàn)區(qū)所罕見。