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，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“超勇”、“揚威”，二艦相繼被擊中起火，退出戰鬥。日艦“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“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，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“致遠”艦受到日“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，正遇上全身著火的“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。日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，不幸為另一條所中，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”兩艦頑強抵抗日艦本隊的圍攻，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公分大炮連續擊中日本旗艦“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。日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。日艦“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，為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；日本艦隊“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，日本基本上掌握了黃海制海權。
小站練兵時期的北洋軍閥
時稱武衛右軍總部，其麾下聚集了一批精英。
武衛右軍總部下面設有：
參謀營務處：總辦徐世昌（以後做過大總統）
執法營務處：總辦王英楷（以後做過副都統）
督操營務處：總辦梁華殿、幫辦馮國璋（後為總統）
中軍官：張勳（相當於副官長或侍衛長，後任長江巡閱使，曾發動宣統復辟）
其營制分為左右兩翼：
左翼翼長：薑桂題（後為毅軍統領，提督）
轄步兵第一營：統帶薑桂題兼，幫帶陸建章（後任山西督軍），領官葉長盛、吳金標（後任九江鎮守使）
步兵第二營：統帶段芝貴（後任統制，陸軍總長），領官王金鏡（後任統制）、何宗蓮（後任察哈爾都統）
炮兵第三營：統帶段祺瑞（後任國務總理，執政），重炮隊領官商德全（後任混成旅長），快炮隊領官田中玉（後任山東省長），過山炮隊領官張懷芝（後任山東督軍）
工程營：管帶劉潔春（後任湖北省長），隊官王佔元（後任湖北督軍）、趙國賢（後為統制）、雷震春（後
