就这样，中日之间的黄海海战打响了。
接着，北洋舰队各舰也纷纷开炮轰击，黄海海面顿时炮声轰鸣烟雾弥漫；然而，炮弹出膛后一颗也没有击中日舰，只是落入海中击起了一个个冲天似的浪柱。
而日舰却沉着气没有回击，冒着北洋舰队的炮火仍不顾一切地驶进；及至双方相距仅三千米了，日本联合舰队的旗舰松岛号才开始炮击，其他各舰这才也相继开炮。
因北洋舰队日常操练时只注重队形，常以三、四艘舰只为一队；每队主舰在先，僚舰居后，一成不变；并强调要整队作战，便于相互照应，以免首尾难顾。而战术中则提倡舰首向敌，各舰的重炮也就都设于舰首，尾炮火力不强。这种看似规范的战术，一经实战其破绽就显露出来了。
首先，因北洋舰队的舰艇制成于不同年代，其各项性能相差甚远；特别是航速，成舰较早的超勇号与扬威号就远不如其他舰艇；一经实战，两舰跟不上，队形就难以保持，平时操练的那套东西也就用不上了。而尾炮不强，一旦敌舰绕到舰尾，就只有挨打的份。
果然，中日两支舰队打响后；超勇号与扬威号因航速跟不上，原有的队形很快就乱了。
而日本联合舰队的舰艇因制成都较晚，各项性能也就优于北洋舰队的舰艇；其中日本联合舰队第一游击队的吉野号等舰的航速高达十八点五节，远高于北洋舰队十五点五节的平均航速。而日本联合舰队各舰配备的速射炮共有九十三门，北洋舰队却一门速射炮也没有。仅此几宗，北洋舰队已明显处于了劣势。
于是，日本联合舰队第一游击队的吉野号、浪速号、高千穗号、秋津洲号等四艘战舰已紧紧地盯住了因航速慢而离队的北洋舰队的超勇号与扬威号。
双方一阵激战后，北洋舰队的超勇号与扬威号即被重创。超勇号中弹爆炸，其管带黄建勋至死与舰同在，结果随舰沉没葬身海底。
扬威号中弹起火，将士一面奋力灭火一面英勇反击，终于击中了日舰吉野号与高千穗号后，突出四舰的包围驶离了战场；然而，被重创后的扬威号却不幸又搁浅而不能动弹了，任由尾追而至的日舰轰击，管带林履中与将士不得不弃舰跳水，结果皆溺水而亡。
与此同时，日本联合舰队旗舰松岛号也驶到了清军北洋舰队旗舰定远号的正前方，两舰进行了正面交锋。
不意，一颗炮弹落在定远号甲板上将舰桥震塌；站在舰桥上指挥的丁汝昌坠落受伤，只好由总兵刘步蟾代替指挥。
刘步蟾代替指挥后倒很是有方，定远号打破常规不断改变行进路线进退莫测而令对方的炮火难以命中。
不久，镇远号前来增援，与定远号分居日舰松岛号的左右，将其夹于其中后用炮火猛击。
定远号与镇远号毕竟是主力舰火力较强，松岛号经不住两舰的猛击；松岛号主炮塔被毁后，伊东佑亨觉得不妙这才命令加速以摆脱被夹击的险境。
因松岛号的航速快，定远号与镇远号追赶不及只好放弃。
而此时，日本联合舰队的“一”字纵队形已被拦腰切断，形势转向有利于北洋舰队了；于是，定远号等舰咬住了跑得较慢的日舰比睿号与赤城号。
日舰多处中弹，将士死伤无数，赤城号舰长坂元八郎太毙命；后来，比睿号与赤城号靠了舰上配置的速射炮，抑制住北洋舰队的火力后才得以逃脱。
与此同时，日舰西京丸号也遭重创，向南逃离撤出了战斗。
而此时，一直停泊在大东沟港口内的平远号与广丙号也来参战了；但刚投入战斗，平远号即遭重创，管带李和为只好下令转舵驶向大鹿岛避战。广丙号管带程壁光见状怯阵了，也随之驶避。
至此，日本联合舰队还有九艘舰船，清军北洋舰队尚存八艘舰船，战斗继续进行且仍异常激烈。
日舰松岛号脱离险境后，伊东佑亨调整战术将日舰分成两队；第一游击队利用航速快的优势，绕到了北洋舰队的背后，从而形成了对北洋舰队两面夹击之势。
因北洋舰队各战舰上的重炮都设置在舰首，尾炮火力不强；所以，日舰从尾部来击，就没有了还手的能力；所以，北洋舰队腹背受敌首尾遭击后很快就陷入了被动的困境。
而此时的丁汝昌因身负重伤难以恢复指挥，代替指挥的刘步蟾却已乱了方寸；北洋舰队各舰之间首尾难顾凌乱不整，只好各自为战了。
不久，北洋舰队旗舰定远号中炮并引大火；镇远号与致远号赶紧上前掩护，方使定远号将火扑灭转危为安。
然而，致远号却因此受到日舰攻击后被重创；更糟糕的是，致远号欲还击时，谁知炮弹入膛后没能打响，连换了许多颗炮弹皆是哑炮，将士急得不知如何是好；眼见着一颗颗炮弹都成了废铁，这简直是要了他们的命，人人伸手面向苍穹，竭呼：“天哪！”
然而此时，日舰吉野号却在迫近；致远号危在旦夕，似乎也只有逃跑的一条路了，或者坐以待毙。
正在这生死抉择之机，致远号管带邓世昌断然做出了一个动天地泣鬼神的决定；他手指前方日舰吉野号激励将士道：“吾辈从军卫国，早置生死于度外；今日弹尽，有死而已；当与日舰同沉，以报国恩！”
将士闻言，无一畏缩，众皆响应。
于是，邓世昌命令加速直奔日舰吉野号而去，欲将其撞沉同归于尽。
日舰眼见致远号直奔而来，未知何故？待得明白，致远号已离得不远；吉野号赶紧掉头逃避，同时连放了数枚鱼雷。
可惜，致远号未及撞击上日舰以酬壮志，却被鱼雷击中；邓世昌与将士虽然壮志未酬而随舰沉没，但其无畏的壮举却实是可歌可泣青史留名。
致远号沉没后，位于左翼的济远号与广甲号处境更是孤单而危险了。
此时，夜幕渐垂，济远号管带方伯谦怯战了，趁着夜色逃离战场遁回了旅顺口。
广甲号管带吴敬荣见济远号舰离去，也随之而逃；但驶至大连湾三山岛外时，因慌不择路而触礁搁浅；吴敬荣弃舰而走，该舰两天后被日军寻见遭毁。海战后，方伯谦因临阵脱逃被处斩，吴敬荣革职留用。此是后话，顺提。
济远号与广甲号遁逃后，北洋舰队更是势弱力薄了。
吉野号等四艘日舰又死咬住北洋舰队的经远号不放，经远号管带林永升率领全舰将士奋勇拼搏；但是，一手怎敌四臂？结果，林永升中弹阵亡；经远号随即被击沉，全舰二百余人皆葬身海底。
至此，北洋舰队只剩下定远号、镇远号、靖远号、来远号四舰还在坚持战斗，而日本联合舰队仍有九艘战舰；双方的战舰数量就相差了一倍多，力量对比可想而知，日军占居了绝对优势。
接着，北洋舰队仅有的四舰又被分割成两块；日本第一游击队的四舰围攻北洋舰队的靖远号与来远号；日本旗舰松岛号等五舰围攻定远号与镇远号，欲将清军北洋舰队分割后逐个歼灭。
而对如此严峻的局势，北洋舰队尚存四舰的官兵却临危不惧沉着应战；将士均抱定了“誓与战舰同存亡”的决心，有一名军官竟然在这炮火纷飞的险境中仍泰然自若地拍摄战场实况以留作纪念。
又激战数时后，北洋舰队的靖远号与来远号都已多处中弹，但仍坚持抗击；后来，终于突破日舰的包围驶向大鹿岛。两舰撤至大鹿岛后，背靠浅滩用舰首重炮截击，也就消除了尾炮火力不强而挨打的弊端；两舰抵住了追逐而来的四艘日舰的攻击，终于化险为夷。
而定远号与镇远号虽然处于五艘日舰的围攻中，但仍沉着应战；因两舰的火力较强，相互密切配合后终于抵制住了日舰的攻势。
后来，定远号枪炮大副沈寿堃瞄准日舰松岛号一炮命中；松岛号中弹并引起了堆积在甲板上的弹药爆炸，全舰顿时陷于一片烈焰之中；数门舰炮被毁，近百名将士血肉横飞。
伊东祐亨眼见旗舰被重创不能再战，一面亲自指挥灭火，一面下令撤离；同时，向其他战舰发出“停止战斗”的信号；其他战舰见松岛号旗舰撤离并命令停战，也就遵令随着驶离战场。
日本联合舰队撤离，定远号与镇远号没敢追击，也回程返港了；至此，中日黄海海战终于结束。
黄海海战中，中日两国舰队均有损失；但是，日本联合舰队的战舰只是重创尚可修复，而北洋舰队却有四艘战舰永沉海底损失惨重。经此一战，北洋舰队元气大损，无力再与日本的联合舰队正面接战了。
且，日本陆军取得平壤后，很快又向安州进军。
逃至安州的叶志超早已是风声鹤唳草木皆兵，闻知日军来攻又丧胆了；即又放弃安州后继续北撤，狂奔五百里直抵鸭绿江边与清皇朝的安东隔江相望的义州。
这次，叶志超的怯战溃逃丢城失地的行为终于败露，朝庭震怒将其解京问罪。
而此时，由总兵刘盛林率领的铭字营四千援兵尚滞留在鸭绿江北岸的九连城一带；刘盛林见到驻朝清军又从安州撤至义州了，知朝鲜局势定是已经不可收拾，觉得入朝已于事无补，干脆驻军不前了。
而清庭也觉得欲再在朝鲜继续与日军抗衡已是不易，于是允许诸军退回鸭绿江北岸；并调遣曾为太子少保已七十五岁高龄了的旅顺守将宋庆急赴鸭绿江边的安东，统领诸军驻守鸭绿江防线，以抵制日军渡江犯境。
而日本第一军司令山县有朋到达朝鲜时，平壤已归日军所有；于是，山县有朋离开汉城抵达平壤，第三师团随同抵达。
山县有朋到达平壤后，即命第十旅团长立见尚为先锋，第九旅团长大岛义昌为后卫；自己则亲率野津道贯的第五师团及桂太郎的第三师团，共三万日军从平壤出发，兵锋直指义州。
而此时，清军却已主动放弃义州撤到了鸭绿江西岸；所以，日军没费一枪一弹就占领了义州；至此，日军取得了朝鲜全境。
