丁汝昌拒绝随从把自己抬入内舱，坚持坐在甲板上督战。可这也只能鼓一舰士气。日第一游击队4舰利用航速优势，绕攻北洋舰队右翼，“超勇”“扬威”二舰相继被击中起火，退出战斗。但同时日舰吉野也被北洋舰队击中起火，但很快被扑灭。13时30分左右，超勇舰沉没，管带黄建勋落水，位于左一鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，黄不就，从容赴死，舰上官兵也大部壮烈牺牲。13时35分，扬威号沉没。
当日舰第一游击队绕攻北洋舰队右翼时，本队也与北洋舰队主力交相攻击。日舰“比睿”“赤城”“扶桑”“西京丸”遭到北洋舰队猛烈还击。
黄海大海战，战况空前，惨烈无比，“定远”“来远”“经远”重创日舰“比睿”“赤城”。日军联合舰队“赤城”舰长坂元八太郎阵亡。“西京丸”也受重创。
日军海军司令伊东祐亨见此，命令第一游击队前去救援“赤城”“比睿”。“吉野号”冲在最前面，正遇上全身着火的“致远”舰迎面驶来。致远舰舰长邓世昌见日吉野舰恃其船捷炮利，横行无忌，满腔怒火，愤而说道：“倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事。”在炮弹用完，鱼雷攻击无效的情况下，决意与之冲撞，同归于尽。
邓世昌面对日舰猛烈炮火，毫无惧色，指挥着冒着熊熊烈火的致远舰，毅然全速前进，撞向日主力舰吉野号右舷。日舰官兵见状，大惊失色，集中炮火向致远舰射击，危急关头，不幸的是致远舰右侧鱼雷发射管被击中，引起大爆炸，以右舷倾斜，在东经123度34分、北纬39度32分的黄海海面上沉没，全舰官兵除七名遇救外，全部壮烈殉国。
北洋水师虽遭重创，但毫无惧色，经远舰继续迎战日舰吉野号，遭吉野、浪速、秋津洲、高千秋四舰围攻，中弹起火，全舰奋勇抗御，经远全舰将士“发炮以攻敌，激水以救火，依然井井有条”。经远舰以一敌四，激战良久。激战中，管带林永升不幸“突中炮弹，脑裂阵亡”，帮带大副陈荣和二副陈京莹也先后中炮牺牲。
猛虎难敌饿狼，最后在浪速、吉野、秋津洲、高千秋等日舰的围攻下，经远舰中弹累累，不久，左舷舰首向水中沉下，舰首向东，左舷倾覆而沉没。全舰官兵二百余人，除16人遇救外，其余全部阵亡。
同时，靖远舰、来远舰也因中弹过多，退出战斗，避至大鹿岛附近紧急修补损坏的机器。此后，定远、镇远两舰浴血奋战，中弹甚多，几次起火。
下午3时30分，镇远舰的30.5厘米大炮，连续猛烈轰击，炮弹击中日本旗舰松岛号两次。松岛舰后甲板四号炮塔中弹，引发炸药起火，发生了大爆炸，船轴倾斜5度，冒起浓烟，火灾大作。不久，靖远、来远抢修完毕，重新投入战斗。日舰赤城、比睿、西京丸负重伤，旗舰松岛号情况也不容乐观，吉野舰、扶桑舰也受伤破损，又见北洋舰队重新集队，日酋伊东祐亨17时40分下令撤出战场。
北洋舰队稍事追击，也收队返回旅顺。震惊世界的黄海大海战到此结束。其规模之大、时间之长，为近代世界海战史上远东战区所罕见。此战导致北洋舰队损失惨重，“致远”“经远”“超勇”“扬威”“广甲”（“广甲”逃离战场后触礁，几天后被自毁）5艘军舰沉没，死伤官兵千余人；日本联合舰队“松岛”“吉野”“比睿”“赤城”“西京丸”5舰受重创，死伤官兵600余人。
纵观此役，北洋水师虽损失较大，但并未完全战败。然而李鸿章为了保存实力，命令北洋舰队躲入威海港内，以保存实力为名，消极避让，不准巡海迎敌。为日后日本夺取黄海的制海权，埋下祸根。
战后，北洋水师受伤的舰只靠近到大鹿岛上，岛上渔民为将士送去食物、淡水，还帮助打捞尸体，掩埋在大鹿岛的东山根。据岛上老前辈讲：激战时，炮声隆隆，火光冲天，硝烟遮蔽了半边天。可老百姓做梦也没想到，北洋水师败得那么惨。以后，大鹿岛又先后沦为日俄的殖民地。
当年，在打捞甲午海战沉舰时，有一位潜水员，潜到“致远舰”沉睡多年的地方，在舰上发现一具立而不卧的尸骸。因被海水浸蚀，已没有任何标记能证明死者的身份。后来，这位潜水员再次下水，把烈士遗骨打捞上来，立碑，建墓。
谈到这座烈士墓尸骸姓名时，岛上的渔民说，那具尸骸立而不卧，其倔强的阳刚之气，像是“致远”舰管带邓世昌。但也有人说：邓世昌在致远舰沉没时，没有在舰上，而是和他的爱犬一起沉入海底的。有人猜测：此具尸骸当为“经远”舰管带林永升。此人也是性情刚烈、嫉恶如仇的爱国将领。由于尸骸身份难以确定，人们更多地倾向于把此墓称为“无名烈士墓”。其实，这是一种精神、一种情感。烈士的精神是伟大的，烈士个人的姓名倒是无关紧要了。爱国将士的业绩，惊天地、泣鬼神，与日月同辉。
整个甲午战争历时9个月，分为陆战和海战两个战场，日军攻下朝鲜的平壤。在黄海海战中大败北洋水师后，得到黄海的制海权。日本军队乘胜追击，连续攻下中国附属国朝鲜的平壤，抢占丹东，再下旅顺、威海，并于1894年11月22日在旅顺进行大规模疯狂屠杀，对城内进行了四天三夜的屠杀、抢劫和强奸，旅顺罹难者超过2万人，只有埋尸的36人幸免于难。
