隨著定遠號一發三十公分半巨彈出膛，這場海上鏖戰終於在黃海大東溝開始了。
雙方實力對比：北洋水師參戰軍艦10艘，總噸位34420噸，官兵2387人；日本聯合艦隊參戰軍艦12艘，總噸位39684噸，官兵3261人。
看上去，中日實力勢均力敵，但差別在於：中方是“巨艦重炮”，日方是“快船快炮”。中方多配備大口徑舊式後膛炮，炮彈大但射速慢，速射炮隻有區區3門；日方則配備了各種口徑速射炮93門，速射炮的發射速度至少為中方的5到10倍，也就是說，日方1分鍾打5發，中方5分鍾打一發。艦速方麵，中國軍艦的平均航速為15.5節，日本軍艦平均航速為18.4節，而作為先鋒的第一遊擊隊四艘軍艦航速達19.4節，機動力遠勝。
這就好比拳擊台上的兩個選手，一個步履緩慢，依賴重拳；一個跳著蝴蝶步，擅長刺拳。
糟糕的是，在這場決定兩國命運的大海戰中，北洋水師幾乎從一開始就喪失了總指揮和信號指揮。水師提督丁汝昌坐鎮旗艦定遠，不料主桅突然中彈，信號索具被炮火所毀，在飛橋上督戰的丁汝昌摔下來腿部重傷傷。拒絕進艙休養的丁汝昌，就一直坐在艙口，目睹了整個戰役。
定遠管帶劉步蟾接替了指揮重任，用艦首巨炮對準日軍。雖然失去信號指揮，但中方諸艦基本是惟旗艦馬首是瞻，保持橫隊隊形，兩艦一組各自為戰。
日軍的戰術是本隊諸艦主攻定遠和鎮遠，第一遊擊隊四艘艦則憑借速度優勢，繞著圈子對側翼的軍艦發動攻擊。好像非洲草原裏一群獅子和野牛群的搏鬥，避開最強壯的頭牛，而瞄準沒有還手能力的老弱幼殘。
激戰中，北洋水師的兩艘老舊的弱艦超勇、揚威中彈無數，超勇首先被擊沉，揚威則重傷撤離戰場，在淺水區擱淺。日軍的兩艘老艦比睿、赤城也人員傷亡慘重，艦體重傷退出戰場。同樣重傷的西京丸則僥幸逃過了中方魚雷的近距離攻擊，狼狽南逃。
一個令人揪心的疑問出現了：為什麼北洋水師的軍艦容易被擊沉？同樣中了很多炮彈的日艦，卻為什麼始終不沉？
答案又是一個悲劇：因為經費緊缺，中方從西洋購買的開花炮彈（榴彈）數量太少，絕大數炮彈都是天津機器局自製的實心穿甲彈。而且，這些炮彈的火藥是落後的黑火藥，往往打到敵艦不爆炸。日本的炮彈火藥則是威力更大的黃火藥，爆炸後“連鋼鐵都能燃燒”。
原來如此，不是日艦的抗擊打能力強，而是北洋水師的彈藥質量太差。
這是一場不公平的決鬥，但戰爭沒有公平可言。
打到這裏，雙方隻能算平手。但是很快，戰鬥的轉折點來了：定遠起火、致遠沉沒、濟遠逃跑！
4. 鄧世昌，撞誌未酬身先死
六十年代拍攝的《甲午風雲》是上個世紀中國人最熟悉的電影之一，李默然扮演的鄧世昌那句經典台詞：“開足馬力，撞沉吉野！”幾乎無人不知。
致遠管帶鄧世昌為什麼要采取這種自殺式的衝擊？
因為旗艦有難。
定遠在激戰中突然中了一炮，“擊穿艦腹起火，火焰從炮彈炸開的洞口噴出，洞口宛如一個噴火口，火勢極為猛烈。”定遠艦上船員為撲滅火災忙成一片，更糟糕的是，彌漫的硝煙令艦炮無法瞄準發射。看到東洋第一堅艦定遠籠罩在硝煙裏，日艦官兵無不狂喜高呼“天皇萬歲”，第一遊擊隊不失時機地向定遠逼來，所有的炮口都對準了這艘令日本人恨之入骨的巨艦。
定遠到了最危急的時刻。千鈞一發之際，一艘軍艦“開足機輪，駛出定遠之前”，為旗艦遮擋炮彈——鄧世昌的致遠號！
第一遊擊隊看到致遠獨自挺進，連連轟擊。致遠中彈累累，船體進水，彈藥也瀕臨斷絕。此時，日艦吉野在致遠正前方，鄧世昌對大副陳金揆說：“倭艦專恃吉野，苟沉是船，則我軍可以集事！”陳金揆毫不猶豫的開足馬力，“鼓輪怒駛，且沿途鳴炮，不絕於耳，直衝日隊而來。”
吉野號是當時世界上速度最快、火力最猛的巡洋艦，在黃海海戰中，扮演的是頭狼作用。因為是英國製造，遊弋在遠處觀戰的英國遠東艦隊，對吉野號特別加以關注，他們在戰後的評估報告稱讚道：“吉野艦的炮火猛烈，殺傷力極大，它自己也被清國海軍的巡洋艦連連擊中，但是並沒有被擊中要害，所以始終能夠保持高航速在戰場上馳騁。”
不幸的是，致遠的自殺式衝擊沒能成功，衝擊途中致遠船艙中彈發生大爆炸（一說是被日本魚雷擊中，但日方史料並無發射魚雷的說法），右舷傾斜沉入大海。目睹致遠沉沒的馬吉芬沉痛地記錄道：“致遠號英勇地，甚至可以說是有點魯莽地向第一遊擊隊的陣列衝去，大約是想攻擊上述的兩艘軍艦。當時到底發生了什麼已經無人能確知，但顯然它被1枚重炮彈——大約10英寸或13英寸命中了水線。總之不管怎樣，它開始嚴重傾斜，顯然是受到了重創。該艦的管帶是最為英勇甚至有時有些頑固的鄧世昌，他下定決心與敵人同歸於盡，於是向一艘敵人最大的軍艦衝鋒，準備實行撞擊。”
鄧世昌與全體官兵252人沉入海中，僅7名水兵遇救。