接触
八月十七日（9月16日）中午，也就是平壤失守半天后，丁汝昌率领着北洋水师主力一路护航，顺利抵达大东沟。受制于港口水线有限，北洋水师的主力舰无法进口。丁遂命镇南、镇中两炮舰和四艘鱼雷艇护卫运输进口，平远与广丙则泊于口外警戒。七大远和广甲，超勇、扬威十舰则泊于口外十二海里处设防。由于登陆点距江口很远，人员物资又多，整个下午的忙碌工作仅卸载了不到一半的士兵。丁深知每多耽误一小时，北洋水师的危险就增加一小时，滞留于船上的人员物资同样如此。丁遂下令连夜卸载。经过一整夜的忙碌，十营铭军及装备辎重全部上岸。
17日早晨八时，丁下令作返航准备。九时十五分，北洋水师开始作每天一次的“巳时操”。这是一种每天巳时（上午九时至十一时）进行的军事演习，故称为巳时操。
十时半，演习结束。一切风平浪静，无人想到，激战就在眼前！
如前所述，十时二十三分，吉野号发现了东北方向的一柱黑烟，那是否就是已军苦苦搜寻的北洋水师呢？坪井航三虽然一时还不能确认，但他还是立即向本队发出了“东北方有船只”的信号，同时下令：全速向黑烟方向前进！
很快，吉野自身的黑烟进入了北洋水师的视野。
十一时许，北洋水师的官兵们正准备进午餐。了望兵忽然发现西南海面上出现了一柱不祥的黑烟。接着，一柱，又一柱。
接到报告的丁汝昌，立即登上甲板，举起望远镜亲自观察。
日本舰队！
立即吃饭，升火待命，准备战斗。
战斗警戒的喇叭声，转眼就覆盖了整支舰队。轮机兵们近乎疯狂地工作，以使军舰达到最佳机动状态。一柱，一柱，又一柱的浓烟，直冲云霄。从提督到水手，再到外籍顾问，每一个人都很清楚，“先是我由敌吐烟以见敌，今也我队各舰煤烟如是，敌队当亦明我队之所在，毫无疑焉！”（美籍洋员马吉芬语）事实正是如此。十一时半，吉野号终于看清，前方正是他们做梦都想击沉的北洋水师。它立即向本队报告：在北方发现三艘以上敌舰。
看到信号后，伊东立即下令：变行军队形为作战队形，立即用餐，准备战斗！
由于早期鱼雷质量不佳，为了避免殉爆，日军将鱼雷全部掷入大海。
由于丁汝昌一时难以将分散的战舰全部聚齐，丁遂率口外十舰以夹缝鱼贯小队阵分为五小队，排成两纵列，并肩前进。第一队为定、镇两巨舰，其后依次为致、靖，来、经，济、广（甲），超（勇）、扬（威）。除第四队外，皆为姊妹舰组合。其中以第一队最强，第五队最弱，之所以形成这种弱者垫后的局面。原因据说是因为超、扬二舰缺少机械起锚设备，还靠人力起锚，加之舰龄老化，所以落在了最后。
伊东鉴于己方战舰在航速和舷侧速射炮上的优势，遂决意采取纵队战列。他以第一游击队为先头纵队，本队为第二纵队。这样，第一游击队的四舰将更加充分地发挥出自身在航速与火力上的优势。
相反，丁汝昌考虑到已方战舰缺少侧舷速射炮，火炮多在舰首与舰尾，其中又以舰首的主炮为最强。丁决定横队迎敌，以充分发挥舰首主炮的威力。同时还向各舰发出以下指令：（一）各小队姊妹舰协同行动，互相援助；（二）始终以舰首向敌，发挥重炮威力；（三）全队尽可能集中，随同旗舰运动。
丁汝昌选择的是夹缝雁行小队阵。该阵仍是两舰一队，长舰在前，僚舰在后，后者于前者右后方45度线上、400码处定位。横向舰距则保持为533码。第一战列以定远为中心，向左为致远、济远，向右为来远、超勇。第二战列以镇远为中心，向左为靖远、广甲，向右为经远、扬威。采取这个队形既能合力拒敌，又可视情况分队合击，且能充分发扬舰首火力，应该说构想还是好的。
但很快，不幸发生了。
要进行这个变阵，各舰就要进行距离不等的非直线运动。有的是斜线，有的是弧线。而各舰的舰龄、航速差异又很大。结果就出现了定、镇两巨舰遥遥领先，超、扬两弱舰远远落后的情况，其他各舰亦未能及时占据正确的阵位。本该在致远侧后的靖远，反而冲到了致远前面。如果以定远为参照系，那么靖远的位置是正确的，可由于致远的落后，战列未能形成。同样，本该在济远后面的广甲同样冲到了前面，插在致、济之间。一句话：队形大乱。
在伊东的望远镜中，他看到了一个巨大而凌乱的人字形战列，一个古怪而凌乱的战列，一个对日军非常有利的战列。
定远在最前面，向左靖、致、广（甲）、济依次梯降；向右镇、来、经、超（勇）、扬（威）依次梯降。
日本军舰在航速上本来就有优势，现在它们更不会再多给丁汝昌变阵的时间。伊东更一眼看出北洋水师的最弱点，那就是战列极右翼，弱小而落后的超勇与扬威。伊东向第一游击队发出了命令：截击敌军右翼！
伊东计划第一游击队从中方战列前高速穿过，然后迂回中方右翼，将超、勇二弱舰划分割出战列线外歼灭。然后即运动至北洋水师后方，与正面的本队配合，前后夹攻，一举歼灭北洋水师。
此时是十二时十八分。双方相距13海里。
美籍洋员马吉芬“举目四望”，只见“日光照射着涂得鲜艳的船体，灿烂的旗帜挂在桅头，高高飘扬，再加各种信号旗点缀其间，竞放异彩，宛如举行盛典一样壮观。不禁令人怀疑是否和友邦举行友好联欢仪式。然而，转眼一看，镇远舰内在此盛妆之下，却战云滚滚，杀气腾腾。头卷辫发，赤裸两臂，肤色淡黑的壮士，一群、两群直立于甲板炮旁，等待厮杀。甲板上到处撒有细砂，以防执勤中滑倒。在上部构造、舰的腹部、送弹滑车、弹药卷扬机和鱼雷室等地各就其位。另外，还有的在甲板上四处卧倒，抱着五十余磅重的药包，准备发射之后，进行补给。这些士兵为了使大炮操作敏捷，都取一定间隔，整齐排列。为了防止榴弹击中爆炸，禁忌将弹药堆积在甲板上的某一地点，而且这非常容易惹起甲板下面人们的激怒。在甲板上面可以目睹前进的敌人，观察情况的变化，但在甲板下面，除了等待战斗开始，观察从舷侧打入的敌弹而外，什么事都无从得知。一旦开战，所有士兵定能慎重尽职，但最初时刻无疑一定是非常害怕。两舰队都加快速度逐渐接近，镇远船员都很沉着冷静。一名少尉登上前桅顶，用六分仪测定距离，不停地挥动小信号旗，每报告一次距离，炮手都将照尺压低一次，各炮手都手拉牵索，保持发射姿势。蒸汽筒通过通风机，发出响声，这是为了发生火灾时，不失时机地进行消防，事前接上胶皮管注入水。当时敌我距离约四里，急速减为6000米、5800米、5600米、5500米，逐次递减。现在已到5400米，危机越发逼近，心跳也越来越急促。突然一声轰鸣，”定远在5300米的距离上首开右舷巨炮。时间是十二时五十分，这一炮落在了吉野舷左100米处。
黄海激战的序幕由此拉开。十秒后，镇远在5200米的距离上，随之打出第二发305毫米炮弹。三分钟后，日舰在3500米的距离上群炮齐发。
激战由此开始。
黄海激战
日舰在速射炮上的优势立时得到了体现。如雨的弹群大大提高了日军的命中弹数。其中一发炮弹正好打在定远的飞桥上。正在桥上督战的丁汝昌被重重抛了出去，腿部受伤，面部被烧伤。水兵欲将其抬入舱内，但被丁严辞拒绝。丁坚持躺在甲板上观战，以激励士气。唯一令中方欣慰的是，实际指挥的是刘步蟾，而不是丁汝昌。所以后者的受伤不会影响实质的指挥。但很快，更大的灾难发生了。一发炮弹击毁了定远的信号装置。而丁战前千思万虑，就是忘了指定代理指挥舰。中方遂陷入各自为战的境地。
很快，中方火炮射速慢的缺点又暴露了出来。
伊东的前后夹击构想若想实现，就必须让整支舰队在中方军舰前方炮口下，鱼贯穿过。表面上似乎是冒了很大风险，甚至可以说是近乎愚蠢。实则不然。由于中方火炮射速慢，往往每艘军舰只打出一两发炮弹，最前面的日舰就已穿过。
等到再装填完毕，松岛后的千代田、严岛和桥立均已几乎片甲无损的从中方战列前驶过。但当第五舰比睿驶过时，中方的重炮终于又开始怒吼了。
倒霉的是本队殿后的比睿与扶桑。这两艘军舰的舰龄是参战日舰中最大的（17年），航速仅13节。更令比睿震惊的是，它发现正对自己侧舷的来远突然加速，试图用冲角战术撞沉自己。比睿遂作出一个大胆而惊人的决定：突然右转，从定远右侧1000米，来远左侧400米处穿过，然后再左转逃逸。此时是下午一时十分。
若中方配有大量侧舷速射炮，比睿之举实无异于自杀。但遗憾的是，中方恰恰没有。于是，我们不无遗憾的看到，老弱的比睿虽遭到中方的集火打击起火，但仍能摇摇晃晃地逃出战场。
而比睿后面的扶桑则采取了相反的规避动作：左向转舵逃逸。中方遂得以利用扶桑转舵减速的机会，猛烈开火。一点二十分，扶桑也起了大火。
与此同时，日军第一游击队也已杀至中方右翼，集中火力攻击中方的两艘最弱舰：超勇与扬威。
遥想12年前，两舰也曾是威震东洋的利器，可惜到12年后的今日，昔日的利刃已被岁月朽化为钝刀。由于年久失修，两舰一开炮，舰壁上就掉油漆。而“日本联合舰队于甲午战争前夕的1893年开始大量装备填充下濑火药的炮弹。这种炮弹具有一系列惊人的特性，首先炮弹的灵敏度极高，即使命中细小的绳索都能引发爆炸，而且爆炸后不仅会形成普通黑火药炮弹爆炸时那样的冲击波和炮弹碎片，还会伴随有中心温度高达上千度的大火，号称能点燃钢铁，这种火药爆炸形成的火焰会像汽油着火一般四散流动，即使在水中都能持续燃烧一段时间。”
而北洋水师的炮弹使用的是与爆竹装药近似的黑火药，这就不免大落下风。
此刻，面对凶悍的日本第一游击队，超勇与扬威两舰进行了顽强的抵抗，但遗憾的是精神的力量不能完全抵消器物的差距。在日军的弹雨下，两舰相继被打成火球，并被划出战列，一点三十分，超勇沉没。扬威则在划向浅水区自救的途中触礁搁浅。
伊东前后夹击的计划似乎就要实现。但战况却发生了意想不到的波折。
就在日军集中打击中方的两艘弱舰的同时，中方也在集中攻击日方的两艘弱舰：比睿与扶桑。随着比睿的右转与扶桑的左转，赤城与西京丸两艘更弱的弱舰也落入了中方的火力范围内。在短短六分钟内，西京丸就吃了11发大口径炮弹。
但令人大跌眼镜的是，中方大口径炮弹初速大，穿透力强，用来打西京丸这样的小船并不合适。结果往往是左舷进右舷出，一穿一个洞，并不在舰体内爆炸，这才使西京丸侥幸地死里逃生。
相形之下，赤城就没这么幸运了。一时二十分，在定远150毫米尾炮的轰击下，舰长坂元八郎太头部中弹毙命，蒸汽管中弹破裂，航速下降，炮弹供应也中断。同时，比睿忙于灭火，一片混乱，火力渐渐稀疏下去。来远舰管带邱宝仁遂作出一个惊人之举，他命令船上的陆战队员集合，准备以跳舷战的形式俘获比睿号！
来远的逼近引发了比睿的警觉，一群忙着救火的水兵，匆忙扑向炮位，挪开死尸，疯狂开火。五分钟内，比睿竟打出了1500发炮弹！正是靠了速射炮的弹幕拦阻，比睿才得以逼退来远，逃过一劫。
这一切令西京丸上观战的桦山资纪大为震惊。情急之下，桦山资纪干了一件令松岛号上的伊东大吃一惊的事情。观战的西京丸忽然打出一个信号：比睿、赤诚危险！
这就严重干扰了伊东的一元化指挥。恰在此时，松岛号也打出了一个信号：第一游击队转进。
按伊东的意思，当然是要坪井航三转进到北洋水师背后，实现原计划的前后夹攻。可是坪井同时看到了两个信号后，却理解成了要他转回去救援比睿与赤诚。于是，坪井一声令下，第一游击队于阵前划出一道巨大的弧线，这一转，居然就转到本队后方去了。而比、赤二舰却已相继退出战场。第一游击队算是白忙活了。
事已至此，伊东只有将错就错，他命令第一游击队改为维持正面压力，本队则担当起原本由第一游击队负责的迂回穿插任务，转向北洋水师后方，变相实现他的两面夹攻计划。事实证明，这个决定是及时的，也是正确的。
一点五十五分，比睿挂出“本舰火灾退出战列”的信号，南向退出战场。来远追比睿不及，转追赤城，不料于二时二十分突中一弹，引起大火，被迫驶向浅水区自救。
激战至下午二时许，作为第二梯队的“平远”、“广丙”以及鱼雷艇“福龙”、“左一”在看到远方开战后，立刻急驶战场，支援主力。“平远”、“广丙”二舰相互配合，急攻日本舰队旗舰“松岛”号。下午二时三十分，“平远”舰装备的47毫米哈乞开斯五管小速射炮又接连命中“松岛”的中央鱼雷发射室和桅杆，“弹片四起，室内周围壁上喷溅着骨肉碎末，甲板上流淌着血肉相混之水，难以步行”，但平远旋即亦为松岛击中起火，主炮亦被毁，被迫驶向大鹿岛方面浅水区自救。“广丙”随之也退出了战场。
