Того хотел выманить русскую эскадру как можно дальше в море, чтобы судьба морского превосходства была решена уже сегодня. Он проделал несколько сложных маневров, последовали выстрелы, но расстояние было еще очень значительным для настоящей прицельной стрельбы. Того испытывал нервное беспокойство от того, что, по его выкладкам, гораздо большее число русских кораблей должно было остаться в Порт-Артуре. Особенностью ситуации было то, что у японцев была одна цель — сразиться с русским флотом. У русских же было две цели — либо вступить в поединок, либо протиться на северо-восток, во Владивосток. Чтобы русские не ушли в желанный для них Владивосток, Того следовало навязывать им бой. Погода была безупречной для боя.
Англичанин Пакенхэм, находясь на эскадренном броненосце «Асахи» отметил точность стрельбы русских артиллеристов. Многое теперь зависело от скорости движения обоих флотов. Тем временем экипажи обоих флотов обедали, причем меню коков русских кораблей было гораздо лучше холодного риса японских команд. Около 4 часов пополудни японский флот снова начал настигать русскую эскадру, и заработали пушки. Громкое «банзай» означало попадание в русский корабль. Буквально электрическое воодушевление японцев было явственно ощутимо.
Судьба переменчива, а благоволит она к смелым и хладнокровным. Артиллеристы «Полтавы» нанесли несколько метких ударов по японскому флагману «Мисава». Пробоина и много погибших. Большие потери на «Ниссин». Когда Того увидел панику в рядах своего экипажа, он в рупор процитировал приказ императора: «Эта битва держит ключи к победе или поражению. Вы должны сокрушить противника, даже если у вас разбито тело и кости».
В 5 вечера «Пересвет» потерял переднюю и центральную мачты. Многое пришлось выдержать «Полтаве», замыкавшей линию российских кораблей. У японцев теперь было не 16, а 11 орудий главного калибра. Кровь стоявших рядом офицеров облила Того. Осколок попал ему в нос, и кровь струилась по бороде. Слуга, который, стоя рядом, периодически передавал адмиралу сигареты, молоко и содовую, был тяжело ранен.
Еще полчаса и в лучах заката Витгефт, возможно, выиграл бы гонку. Но жизнь сурова. Без четверти 6 вечера два 12-дюймовых снаряда поразили эскадренный броненосец «Цесаревич» примерно в одно место на капитанском мостике. От адмирала Витгефта остался лишь фрагмент ноги, тяжело был ранен капитан — Николай Александрович Матусевич. Потеря руководства лишила движения эскадры упорядоченности. Лишь через некоторое время адмирал Ухтомский принял на себя командование, выбросив на мачты сигнал: «Следуйте за мной». И двинулся в сторону Порт-Артура.
Самый быстрый корабль русского флота «Новик» решил не подчиняться приказу. Его капитан Штеер пишет: «Возможно, другой командир, более смелый и лучше подготовленный попытается продолжить движение по этой дороге, полной риска, но князь Ухтомский всегда считался далеко не первоклассной личностью. Совершенно ясно, что он не должен был получать командования… Трудно кому-либо приказать быть героем».
Возможно попадание японских артиллеристов в «Цесаревича» было самой важной минутой русско-японской войны 1904–1905 гг. Стройная линия русских кораблей сломалась. Все внимание было теперь обращено на эскадренный броненосец «Ретвизан» — русский линейный корабль, который продолжал прицельную стрельбу. Он оказался в центре японского строя. По нему стреляли все основные орудия японского флота. Дым окутал красавец-корабль, и этим воспользовались японские торпедные катера. «Ретвизан» справился со всеми ими. Пишет командир одного из японских кораблей: «Если и на других кораблях такие же потери, как у нас, то общее число утраченных моряков должно быть действительно большим». Спасение к «Ретвизану» пришло довольно неожиданно. Три новых японских крейсера прибыли к месту боя, и это заставило повернуть на помощь «Ретвизану» три российских крейсера — «Аскольд», «Диану» и «Палладу». «Ретвизан» воспользовался смещением с него центра всеобщего внимания и вышел из зоны смертельного огня. Заходило солнце, путь к Владивостоку оборачивался могилой, и «Ретвизан» повел остатки эскадры назад, в Порт-Артур. Окончание светлого дня помогло российской эскадре, равно как и решение адмирала Того не рисковать своими линейными кораблями и не бросать их против российских эскадренных миноносцев. Японский адмирал отвел свои эскадренные броненосцы. Этим он, возможно, упустил шанс полностью уничтожить портартурскую эскадру, но большие корабли были ему нужны для будущих битв; он уже потерял два линкора из шести, с которыми начал войну. Того знал об идущем из Балтики флоте, равно как и кораблях владивостокской эскадры.
Пока ни один русский корабль не был уничтожен. «Новик» и «Диана» хотели продолжения боя — возвращение в Порт-Артур означало демонтаж их орудий и превращение матросов в солдат. «Диана» была сильно повреждена, и единственным способом спасения ее капитану виделся переход в немецкий порт Киао-Чао, а затем во французский Сайгон. Поврежденный двенадцатидюймовыми снарядами эскадренный броненосец «Цесаревич» и три миноносца прибыли в немецкий Киао-Чао и были там интернированы. «Аскольд» преследовался японцами очень долго, пока не вошел в гавань Шанхая (сопровождаемый эсминцем «Грозовой»). Здесь 1 сентября 1904 г. русские корабли были разоружены.
Крейсер «Новик» держался дольше всех. «Мы отдались нашей судьбе». Разоружаться в нейтральном порте команда не хотела. Капитан Штеер: «Нам казалось актом трусости прятаться от врага. Мы не хотели выглядеть цыплятами, желающими спрятаться под крыло курицы на глазах у орла». Два быстрых японских крейсера — «Цусима» и «Читозе» преследовали «Новика», и на рассвете 31 августа 1904 г. нашли его на рейде города Корсаков, на Сахалине. «Новик» сражался до последнего. Лейтенант Штеер был тяжело ранен. «Новику» удалось нанести тяжелые увечья «Цусиме», и команда решила утопить корабль, максимально выведя его из строя, чтобы японцы не смогли его использовать. На мелководье славный корабль пошел на дно, у моряков на глазах были слезы. Адмирал Скрыдлов приказал команде проследовать во Владивосток. Сотни километров прошли эти герои, прежде чем 23 октября 1904 г. после 45-дневного марша не вошли во Владивосток.
Во Владивостоке узнали о битве в Желтом море только в конце второго дня. Лишь 31 августа 1904 г. «Россия», «Громобой» и «Рюрик» стали по приказу контр-адмирала фон Эссена готовиться к выходу на помощь своим товарищам. Они вышли в море, и рано утром 14 августа встретили четыре крейсера адмирала Камимуры, который уже знал о битве в Желтом море. Желая избежать столкновения с превосходящими японскими силами, русские корабли повернули на север. Крейсеры Камимуры нагнали русские корабли на рассвете, когда солнце било в глаза русским артиллеристам. Первой жертвой стала «Россия», три ее шестидюймовых орудия (из шести) были выведены из строя. Но более всего пострадал от японского огня «Рюрик», затем японцы приступили к «Громобою». Фон Эссен, находясь на «России», всячески пытался помочь «Рюрику», вывести его из зоны смертельного огня. Но пожар заставил «Россию» отойти, все ее орудия замолкли. Фон Эссен по мегафону пытался приказать «Рюрику» возвращаться во Владивосток. Поздно. Погибая, «Рюрик» продолжал вести огонь.
Отряд Камимуры вел огонь по «России» и «Громобою» вплоть до окончания снарядов. Но последним залпом японцы потопили «Рюрик». Он потерял уже огромную часть команды и выпустил последнюю торпеду. Очередной офицер, заместивший погибшего капитана, приказал нанести ущерб кораблю, чтобы он не представлял военной ценности для японцев. 170 офицеров и матросов погибли в этом бою, японцы подобрали 625 их товарищей. "Россия» и «Громобой» направились во Владивосток и были там через два дня.