当定远、镇远与敌人本队5舰鏖战的时候，来远、靖远也在奋力抗击日本第一游击队吉野、浪速、秋津洲3艘快速巡洋舰的疯狂进攻。在敌我力量相差悬殊的极困难条件下，来远、靖远临时结成姊妹舰，保持互相依恃的战斗队形，以寡敌众，奋力抵抗。在敌舰的优势炮火下，“苦战多时”，两舰均受重伤。“来远舱内中弹过多，延烧房舱数十间，靖远水线为弹所伤，进水甚多”。来远后部中弹起火，烈焰熊熊。尾炮被毁，只有首炮应战。火灾又延及弹药库，子弹四射。机舱被浓烟充塞，轮机兵俱被烟熏得头昏目迷。全舰将士冒着高温炙热，坚守战斗岗位。经全员奋战，终将火灾扑灭。士兵牺牲十余人。海战结束，当来远顺利“驶回旅顺口之际，中西各人见其伤势沉重，而竟安然返旆，无不大奇之”；无不赞叹其“行船之妙”。靖远亦中弹数10处，前后3次火起，经全体人员奋力扑灭。
来远、靖远为了扑灭火灾和修葺补漏，且战且退。退至大鹿岛附近，立即背靠沙滩，占据有利地形，一面奋力灭火抢修；一面用舰首主炮轰击敌舰。日本第一游击队诸舰害怕搁浅，不敢驶近浅滩。又受二舰舰首重炮威胁，不能靠近，只好以炮火遥击，从而丧失了快速巡洋舰的机动作用。这样，来远、靖远不仅赢得了救火和修补的时间，又吸引住日本第一游击队，分散了敌军的兵力，减轻了敌舰对定远、镇远的压力。
定远和镇远两艘主力舰艇被日军5艘战舰包围，拼死战斗，但实在已经是面临极其危险的局面，因为此时两舰艇上的炮弹只够打15分钟了。
坚持到最后，就是胜利！因为此时日本联合舰队也同样支撑不住了。
近5个小时血与火的死亡之战，定远和镇远两舰均中弹数百枚。据称二舰共中重炮弹370余枚，舰体千疮百孔，弹痕遍布。日方的统计数据是，定远一舰独中轻重炮弹即不下2000枚。
敌人以密集速射炮火将两舰表面的各种设施全部破坏摧毁。厚重的装甲是它们坚持的法宝。日军炮火10寸巨弹，终只能穿甲5寸，都没有击中它们的要害。艰难而漫长的血战之后，定远和镇远两艘主力舰艇依然巍然屹立。
如此的血战真是惨烈之至。服务于定远的英人泰勒因此两耳鼓被震破而终生重听，如此可以想象北洋海军的官兵们承受了怎样的压力。
松岛舰内腹部受了重伤的三等水兵三浦虎次郎叹息而不解：“定远舰怎么还打不沉啊？”
当时在远东观战的英国中国舰队司令菲利曼特尔后来高度评价了定远和镇远舰的价值。他认为正是因为有了定远和镇远这两艘铁甲舰，此战日军才不能够彻底消灭北洋海军。
战斗进行至午后5时左右，伊东佑亨见“比睿、赤城和西京丸不知去向，先锋队亦远远离开了本队”，情况不明。本队五舰中，扶桑先已受创；松岛完全丧失作战能力；千代田、岩岛、桥立虽受伤略轻，但此三舰决非定远、镇远对手。且松岛受伤后，日军士气低落，斗志涣散，实已“无力再战”。
下午5时，黄海飘散出黄昏气息，日本联合舰队突然掉转队形，开始返航。日本联合舰队司令伊东佑亨深恐天黑难防北洋海军鱼雷艇袭击，终于不敢恋战，主动收队而逃。
连续5个小时的海战，并非毫无间断地互相应酬炮弹。其间也有过数次的10分或15分钟的休止时间。日本舰队掉头返航之前停止了炮击，开始时北洋舰队还以为这是日本舰队的暂停。
日本舰队的舰影逐渐远去，镇远舰上的美国人航海术教官马吉芬喃喃地说道：“日本舰队炮弹也打光了……”
看到日本舰队逃窜，北洋海军官兵们精神大振，代替丁汝昌直接指挥海战的刘步蟾，居然命令战舰追击日本海军。当然，是不可能追上的，速度的优劣我们早已不止一次地说到。所以追了数海里之后，越追越远，终于收队而归，返回大连湾。
这场黄海血战也终于结束了。尘埃终于落定。
此战的结果是，北洋舰队伤亡800余人，损失超通、扬威、致远、经远、广甲5舰，其余各舰也程度不同地受到损伤。日本海军联合舰队伤亡300余人，参战各舰均受损伤，其中旗舰松岛完全丧失了作战能力，西京丸也几乎被击沉，吉野、比睿、赤城遭到重创。
北洋舰队虽然击退了日本海军联合舰队的疯狂进攻，并予以重创，但自己损失较重；日本海军联合舰队损失较小，却未能实现其“聚歼清国舰队于黄海”的既定目标，并先行退出战场。
那么这场战争谁是最后的胜利者？
一般的说法，都是说日本海军联合舰队是战胜的一方。
但是，占尽优势，击沉我战舰数艘的日本舰队，却鼠窜而逃！
日本舰队胜利了吗？胜利了那么干吗还被追着逃？
所以，北洋海军能坚持到最后，就是胜利！胜利其实是属于他们的！
