一仈jiu四年九月十七ri，即平壤陷落的第三天，ri本聯合艦隊終於在鴨綠江口大東溝附近的黃海海面挑起場激烈的海戰。
ri本海軍在大同江外海面，集中了12艘軍艦，包括其全都精華，即吉野、高千穗、秋津洲、浪速、松島、千代田、嚴島、橋立等八艘五千馬力以上的主力艦和巡洋艦。
9月15ri上午，北洋艦隊的主力，計軍艦10艘，附屬艦8艘，在丁汝昌率領下到達大連灣。
16ri凌晨1時，銘軍的十個營共四千人分乘五艘運兵船，向鴨綠江口的大東溝進發。
16ri中午，艦隊抵達大東溝，到次ri早晨，軍隊全都登陸。
17ri上午8時，旗艦定遠上掛出龍旗開始返航。
11時許，北洋艦隊突然發現西南方向海面上有幾簇黑煙，丁汝昌登上甲板瞭望，判定爲ri本艦隊。於是立即命令各艦升火、實彈，準備戰鬥。
11時半，吉野先發現北洋艦隊，發出信號“東北方向發現三艘以上敵艦”。
12時20分，ri艦逐漸接近北洋艦隊。
中午12時50分，北洋艦隊旗艦定遠首先開炮。
十秒鐘後，鎮遠艦也發出炮彈，緊接着，北洋艦隊各艦一齊發炮轟擊。三分鐘後，ri本旗艦松島也開始發炮還擊。剎時間，雙方各艦百炮一齊怒放，硝煙瀰漫，海水沸騰。
開戰之初，雙方的力量對比如下：
火炮魚雷發射管總排水量總兵力平均航速節
北洋水師
ri本艦隊
其中，ri本第一遊擊隊平均航速達19.4節。另據英國海軍年鑑統計，當時速射炮的發射速度是原後裝炮的六倍，由此計算，ri本艦隊的火力實際上相當於北洋艦隊的三倍。依航行次序，ri艦配備情況如下：
第一遊擊隊
艦名艦長排水量(噸)速度(節)主炮(門)
“吉野”河源要一4,速射炮4
“高千穗”野村貞370918260mm2
“秋津洲”上村彥之丞315026150mm速射炮4
“浪速”東鄉平八郎370924
本隊第一羣陣：
艦名艦長排水量(噸)速度(節)主炮(門)
“松島”旗艦尾本知道427816320mm1
“千代田”內田正敏243919120mm速射炮1
“嚴島”橫尾道昱427816320mm1
本隊第二羣陣：
艦名艦長排水量(噸)速度(節)主炮(門)
“橋立”ri高壯之丞427816320mm1
“比睿”櫻井規矩之左右
“扶桑”新井有貢377713280mm2
本隊左側：
艦名艦長排水量(噸)速度(節)主炮(門)
“西京丸”鹿野勇之進410015120mm
“赤城”坂元八太郎
北洋艦隊的12艘軍艦配備情況如下：
艦名艦長排水量(噸)速度(節)主炮(門)
“定遠”旗艦劉步蟾
“鎮遠”林泰曾
“經遠”林永升
“來遠”邱寶仁
“致遠”鄧世昌230018210mm2
“靖遠”葉祖珪230018210mm2
“濟遠”方伯謙230015210mm2
“平遠”李和
“超勇”黃建勳135015250mm2
“揚威”林履中135015250mm2
“廣甲”吳敬榮129615150mm2
“廣丙”程璧光100017120mm3
另外六艘艦艇爲炮艦鎮南、鎮中和魚雷艇福龍、左一、右二、右三。
戰鬥開始不久，北洋艦隊旗艦“定遠”艦由於下水12年，久已失修，艦橋被突然開火的大炮震塌，丁汝昌摔傷，信旗被毀。丁汝昌拒絕隨從把自己投入內艙，堅持坐在甲板上督戰。可是他只能鼓一艦士氣，戰鬥剛開始，北洋艦隊就失去了指揮。ri第一遊擊隊4艦利用航速優勢繞攻北洋艦隊右翼“超勇”、“揚威”，二艦相繼被擊中起火，退出戰鬥。ri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。
當ri本第一遊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。ri艦“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”“被北洋艦隊截擊。
“定遠”、“來遠”、“經遠”重創“比睿”、“赤城”。“赤城”艦長坂元八郎太當場斃命。“西京丸”也受重傷。
14時15分左右，ri本艦隊繞至北洋艦隊背後，與第一遊擊隊形成夾擊之勢。北洋艦隊腹背受敵，隊形更加混亂。在混戰中，北洋艦隊一直衝殺在前的“致遠”艦受到ri“吉野”、“高千穗”等的集中轟擊，多處受傷，船身傾斜。
伊東祐亨令第一遊擊隊救援“赤城”、“比睿”。“吉野”衝在最前面，正遇上全身着火的“致遠”艦。管帶鄧世昌下令撞沉“吉野”。“致遠”艦向“吉野”號右舷高速撞去。ri艦官兵見狀大驚失色，拼命逃竄，並向“致遠”艦連連發射魚雷，“致遠”艦躲過一條魚雷後，不幸爲另一條所中，全艦官兵共252名壯烈戰死。
“經遠”繼續迎戰“吉野”，也中彈起火，管帶林永升、大副陳策陣亡，隨後艦也被敵魚雷擊沉，全艦270人除16人獲救外，全部殉難。“致遠”沉沒後，“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，近年有不同看法)。“靖遠”、“來遠”因中彈過多，退出戰鬥，避至大鹿島附近緊急修補損壞的機器。
“定遠”、“鎮遠”兩艦頑強抵抗ri艦本隊的圍攻，雖中彈甚多，幾次起火，全體官兵仍然堅持奮戰。
下午3時30分，“鎮遠”艦的30.5公分大炮連續擊中ri本旗艦“松島”號二次。“松島”後甲板四號炮塔中彈後，火焰引發裝藥，發生了大爆炸。“松島”船軸傾斜5度，冒起白煙，火災大作。ri軍炮塔指揮官海軍大尉志摩清直以下100餘人皆被擊斃。死屍堆積，血流滿船，“松島”敗走。
不久，“靖遠”、“來遠”搶修完畢，重新投入戰鬥。ri艦“赤城”、“比睿”、“西京丸”被“定遠”、“鎮遠”轟得不知去向，旗艦“松島”已經癱瘓，“吉野”、“扶桑”也受了重傷，不能再戰，又見北洋艦隊重新集隊，伊東祐亨便於17時40分左右下令撤出戰場。
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到此結束。
黃海海戰歷時5個多小時，其規模之大，時間之長，爲近代世界海戰史上所罕見。
海戰的結果是北洋艦隊損失“致遠”、“經遠”、“超勇”、“揚威”、“廣甲”(“廣甲”逃離戰場後觸礁，幾天後被自毀)5艘軍艦，死傷官兵千餘人；ri本艦隊“松島”、“吉野”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”5艦受重傷(“西京丸”、“赤城”兩艦被拖行後不久後沉沒)，死傷官兵600餘人。
黃海海戰以後，由於北洋艦隊嗣後不敢再戰，ri本基本上掌握了黃海制海權。