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兩支縱隊共有軍艦十七艘，其主要火力由十五公尺和十二公尺速射炮組成，&ldo;松島&rdo;、&ldo;嚴島&rdo;和&ldo;橋立&rdo;雖然各裝備一門法制三十二公尺口徑重炮，但是與&ldo;定遠&ldo;、&ldo;鎮遠&rdo;上一共八門克虜伯三零點五公尺重炮相比，無論數量、射速、威力都為之遜色。
11時半，吉野先發現北洋艦隊，發出訊號&ldo;東北方向發現三艘以上敵艦&rdo;。
迎風站立在總旗艦&ldo;松島&rdo;艦橋上的聯合艦隊司令官伊東佑亨中將知道，這一場是以國運相賭的戰爭。
12時20分，日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，緊接著，北洋艦隊各艦一齊發炮轟擊。三分鐘後，日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：北洋水師擁有火炮195門，總排水量2萬7千噸，平均航速14節半。聯合艦隊擁有火炮268門，總排水量3萬6千噸，平均航速10節半。其中，日本第一遊擊隊平均航速達194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，日本艦隊的火力實際上相當於北洋艦隊的三倍。北洋艦隊明顯處於劣勢。
戰鬥開始不久，北洋艦隊旗艦&ldo;定遠&rdo;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。日第一遊擊隊4艦利用航速優勢繞攻北洋艦隊右翼&ldo;超勇&rdo;、&ldo;揚威&rdo;，二艦相繼被擊中起火，退出戰鬥。日艦&ldo;吉野&rdo;也被北洋艦隊擊中起火，但很快被撲滅。13時30分左右，&ldo;超勇&rdo;沉沒。
當日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。日艦&ldo;比睿&rdo;、&ldo;赤城&rdo;、&ldo;扶桑&rdo;、&ldo;西京丸&rdo;被北洋艦隊截擊。
&ldo;定遠&rdo;、&ldo;來遠&rdo;、&ldo;經遠&rdo;重創&ldo;比睿&rdo;、&ldo;赤城&rdo;。&ldo;赤城&rdo;艦長坂元八郎太當場斃命。&ldo;西京丸&rdo;也受重傷。
14時15分左右，日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&ldo;致遠&rdo;艦受到日&ldo;吉野&rdo;、&ldo;高千穗&rdo;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&ldo;赤城&rdo;、&ldo;比睿&rdo;。&ldo;吉野&rdo;沖在最前面，正遇上全身著火的&ldo;致遠&rdo;艦。管帶鄧世昌下令撞沉&ldo;吉野&rdo;。&ldo;致遠&rdo;艦向&ldo;吉野&rdo;號右舷高速撞去。日艦官兵見狀大驚失色，拼命逃竄，並向&ldo;致遠&rdo;艦連連發射魚雷，&ldo;致遠&rdo;艦躲過一條魚雷後，不幸為另一條所中，全艦官兵共252名壯烈戰死。
&ldo;經遠&rdo;繼續迎戰&ldo;吉野&rdo;，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。&ldo;致遠&rdo;沉
