隨後，北洋艦隊又擊中日艦西京丸，導致其甲板滲水，舵機損壞，西京丸用人力舵才勉強得以航行。不久北洋艦隊的福龍魚雷艇迫近向其發射魚雷，西京丸躲避不及，船上樺山資紀中將驚呼：“我事畢矣！”以為就此完蛋，但誰知因相距過近，魚雷從艦下穿水而過，西京丸這才僥倖逃脫。
但日艦第一遊擊隊依舊兇猛。激戰中，定遠忽中一炮並引起大火，火勢極為猛烈。日艦見機便群起向定遠撲來。為給定遠爭取撲滅大火的時間，鎮遠、致遠急忙上前掩護。當時致遠以一艦對四艦，結果槍炮幾盡，身受重傷。致遠管帶鄧世昌見吉野橫行無忌，危害巨大，便下令直衝吉野，準備與之同歸於盡，挫滅敵焰。正當兩艦迫近，敵人驚呼逃避時，致遠不幸被敵方魚雷擊中，全艦沉沒。鄧世昌落海後，其愛犬鳧到身邊，“銜其臂不令溺”，鄧世昌用力按愛犬入水，與艦同沉，意在殉國。
後人弔唁鄧世昌說，“炮石攻擊亂如雨，血肉激射波濤紅，嗚呼人生誰不死，死亦要貴得其所”。（繆鍾渭吊鄧世昌詩）
致遠沉沒後，左翼的濟遠、廣甲二艦處境孤危，濟遠也是累中敵炮，傷亡慘重，管帶方伯謙見致遠被擊沉，便掛“本艦已受重傷之旗”，脫離戰場，廣甲也隨之而逃。濟遠後來半夜遁回旅順，廣甲則駛至大連灣三山島外觸礁擱淺，管帶吳敬榮下令縱火，船員全部登岸（包括後來的大總統黎元洪在內）。兩天後，廣甲被日艦發現並開炮擊毀。
濟遠撤出後，吉野等四艘日艦死死咬住經遠不放，在管帶林永升的率領下，經遠以一敵四，頑強抵抗。由於敵眾我寡，林永升在炮戰中“突中敵彈，腦裂陣亡”，大副陳榮、二副陳京瑩也先後陣亡。經遠在無人指揮的情況下，士兵們仍舊堅守崗位，繼續開炮擊敵，最後在烈焰中沉沒。全艦二百多人，除十六人外，全部壯烈殉國。
此時，北洋艦隊只剩下定遠、鎮遠、靖遠、來遠四艦，而日本艦隊尚有九艘戰艦，在數量上佔據絕對優勢。雙方艦隊開始分為兩撥廝殺，日艦本隊松島、千代田、嚴島、橋立、扶桑五艦死纏定遠和鎮遠；第一遊擊隊吉野、高千穗、秋津洲、浪速四艦則專攻靖遠和來遠兩艦，力圖擊沉兩艦後全軍合力圍攻定遠和鎮遠，全殲北洋艦隊。此時，北洋艦隊形勢相當危急！
面對日本四艦的圍攻，靖遠、來遠二艦臨時結成姊妹艦，彼此互相依持，雖然都已經中彈數百，但仍舊頑強作戰，後為了修補漏洞和撲滅烈火，兩艦衝出包圍，駛至大鹿島附近佔據有利地勢，背靠淺灘，並用艦首重炮對準尾追而的日本四艦，敵艦也無可奈何。
在最開始的作戰海域，北洋艦隊只剩下定遠和鎮遠兩艦還在同日艦本隊五艦激戰。定遠和鎮遠配合默契，在定遠管帶劉步蟾和鎮遠管帶林泰曾的指揮下，兩艦官兵發揮了大無畏的精神，終於頂住了日本五艦的猖狂進攻。戰至下午三點半，定遠一炮擊中松島右舷下甲板，轟然爆炸，松島艦體傾斜，烈焰沖天，當場殺死殺傷八十四人。松島被擊中後，已經喪失了指揮和戰鬥能力。
下午五時，靖遠和來遠撲滅大火併恢復戰鬥力後，並召集廣丙諸艦及魚雷艇歸隊，北洋艦隊的聲勢益振，戰至下午五點半，海面上落日將沉，濃煙四起，日艦司令伊東祐亨見本隊各艦多已受傷，又怕北洋艦隊的魚雷艇襲擊，便下令向南駛逃。北洋艦隊尾追數海里後，因日艦開足馬力逃走，一時難以追趕，便也轉舵回航。
鏖戰了近五個小時後，這場驚心動魄的大海戰，終於以日軍先撤出戰場而宣告結束。
此時，海面上已是暮色蒼茫，殘陽如血，海風吹來的，盡是刺鼻的硝煙和死亡的氣息。
此役，北洋艦隊被擊沉五艘，日本艦隊則被重創五艘，北洋艦隊的損失要大於日本艦隊，主要原因是器不如人，而非技藝和精神不如。最可嘆，黃海海戰後，北洋艦隊在李鴻章的命令下，保船避戰，雖說也是無奈之舉，但客觀上將海上主動權拱手讓人，但這到底是李鴻章之錯呢，還是五年不備戰之錯，後人自有公論。 。。
5．6、遼東鏖戰槍炮急
平壤失手、黃海失利，李鴻章臉上無光，只得上奏朝廷，引咎自責（換現在該引咎辭職了），光緒小皇帝心裡恨得牙癢癢，但沒有老李又不行，只好就坡下驢，下令將李鴻章“拔去三眼花翎，褫去黃馬褂”，以示懲罰。
日本這邊則是旗開得勝，好不得意。在攻佔了平壤後，日軍經過短暫的休整，便於九月底向朝鮮北邊的義州進發，十月下旬即在義州集結完畢。
義州的對面，隔著鴨綠江，就是中