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下午2時25分，王嶽中少校率領的執行封鎖任務的輕型艦隊發起攻擊，又擊沉了兩艘日本商船，然後這些經歷了激烈戰鬥傷痕累累的小型艦艇轉向東航行，這支艦隊的官兵已經超額完成了他們的任務，開始返航了。
在16日的整個白天裡，激烈的戰鬥不停的進行著，當時的場景可以說蔚為壯觀，天空佈滿了炮彈造成的煙雲，中國驅逐艦和魚雷艇在不停地攻擊，日本巡洋艦和驅逐艦則施放著煙霧以掩護狼狽逃躥的運輸船，被擊中的船隻和艦艇發生連續不停的爆炸。夜幕降臨之前，山田尤之助的運輸船隊遭受了重大的損失：大部分商船和運兵船都被擊中，其中6艘被擊沉，12艘商船中只有7艘能夠繼續前進，而山田的驅逐艦上擠滿了救起的落水船員和陸軍士兵，據估計這一仗至少有近六千名日軍官兵陣亡。；
山田在自己後來的回憶錄中提到了當時“作戰的前景相當暗淡”，但他仍然執著的繼續前進，此時他的驅逐艦上擠滿了人，無法作戰，唯一的希望在於永田泰次郎的艦隊能夠掃清這一帶的華軍艦船。
永田泰次郎向前航行和一支輕巡洋艦分隊會合，坐鎮“扶桑”號的永田泰次郎直接指揮戰列艦隊，這支戰列艦隊包括了日本人這一次出動的最大的三艘戰列艦：“扶桑”號、“山城”號和“周防”號。擔任護衛大型艦艇的直衛艦隊是裝甲巡洋艦“日進”號、“磐手”號，以及“青森”號輕巡洋艦率領的六艘驅逐艦，指揮官是荒川仲吾海軍少將。而偵察艦隊則是由“弄內”號輕巡洋艦率領的三艘驅逐艦組成，它們在主力艦隊的前方搜尋美艦，指揮官是大島正毅少將。永田泰次郎的計劃很簡單：進入海灣掃蕩，炮擊中國艦隊，以掩護山田尤之助指揮的船隊登陸釜山。
過不多久，日本人的偵察艦便發現了李景曦的艦隊正在向這裡航行，不過他們在情急之下卻犯了一個錯誤，那就是將兩艘中國戰列巡洋艦誤認為是戰列艦。
此時中國艦隊則處於忙碌之中，“勝利”號和“民權”號在早上5點20分便進入戰備狀態，所有的火炮在很短的時間裡便準備完畢。特遣艦隊一整天都處在戒備狀態，逐漸駛近戰場。無線電軍官們一直在監聽著電臺和搜尋定位儀器，不放過任何蛛絲馬跡。當時李景曦注意到他的艦隊曾經進行過的所有協同行動僅是在之前的十幾個小時內進行的高速航行，因此他下令艦隊組成了一列縱隊，輕巡洋艦和驅逐艦位於兩艘戰列巡洋艦的前方，戰列巡洋艦與驅逐艦保持約5000碼的距離。
這一次交戰雙方都把最強大最先進的武器投入到了戰鬥中，中國人的利刃是兩艘新型戰列巡洋艦，裝備最新式的對海搜尋裝置和406毫米的巨炮，並擁有厚實的裝甲和懂得運用巨炮和最新戰術的指揮官和炮手。日本人最大的火炮是“扶桑”號和“山城”號上的356毫米火炮，“扶桑”號和“山城”號是目前日本海軍中擁有主炮數量最多的戰列艦，它們都擁有6座雙聯裝主炮塔，在日本人看來，沒有任何船隻能夠經受住它們的一次齊射的轟擊，另外“扶桑”號和“山城”號還擁有經過良好訓練的艦員，其中包括了勝過中國最先進的搜尋儀器的優秀瞭望員。另外，雙方都擁有夜戰方面的優勢，都裝備有威力強大的魚雷戰艦，這在夜間對大型軍艦來說是很大的威脅。
黃昏時分，李景曦中將命令他的艦隊加速行進。這時“勝利”號的艦長斯科特向他的中國艦員們發話：“我們正在進入交戰區域，我們不曉得我們會碰上些什麼樣的敵人軍艦，我們也可能會遭到伏擊，某種災難性的事情也可能會落到我們頭上。但是無論我們碰到什麼事情，我們所能做的，就是堅守崗位，戰鬥戰鬥而我本人最大的希望，就是能夠把你們全部平安的帶出來，祝你們大家好運”他的這番話讓“勝利”號上的1300多名從未參加過實戰的官兵們安下心來。在第二射擊指揮室，韓明鈺少尉後來回憶說：“我們已經練習過一百萬次了，不過誰也不知道真正的仗是怎麼打的，當艦長講話結束後，周圍的氣氛顯得相當愉快，沒有任何人感到害怕或緊張。”
中國艦隊繼續向前航進，此時艦隊已完成了藍建樞上將的命令，現在由李景曦中將全面接掌指揮權了。當晚的夜景相當優美，夜空中明月高掛，月光照耀在海面上，波光粼粼，天氣溫暖，海面上顯得很是平靜。一位美軍中尉回憶當時軍艦航行的時候，認為“好象是在厚厚的油層上滑行一樣”。
夜幕降臨後，無線電軍官向李景曦報告監聽到了一些中**艦的通訊，在這一帶活動的中國魚雷艇向他們的上級報告發現了李景曦的艦隊：“那裡有兩艘大型軍艦
