斷中彈，艦上軍官幾乎非死即傷，勢難支援，便也打出白棋，向我軍投降。
下午二時半，鎮倭艦和鎮夷艦、鎮東艦、鎮西艦、安東艦、威海艦、營口艦七艦消除了魚雷艇的纏擾，衝了上來，千代田的右舷隨即暴露在北洋艦隊前方，立即遭到北洋艦隊各艦炮火的猛烈轟擊。其舵機遭到損壞，只能靠人力舵勉強航行。不久，右舷又中一彈，立即出現裂縫，滲進海水。二時五十五分，鎮倭艦見千代田受傷，便施放魚雷。因兩艦距離很近，千代田已躲避不及，當場爆炸沉沒。
安東、威海、營口又轉而攻擊日艦本隊。當安東艦駛近金剛二千二百米時，突然發射二十六公分炮彈，擊中金剛的中央水雷室，四名魚雷發射手中彈身亡。金剛也發炮還擊，炸燬了安東的二十六公分主炮，並引起火災。安東見其勢不敵，轉舵撤出，致遠艦鄧世昌艦長立刻指揮致遠猛轟金剛，逼得金剛掛出白旗，撤到我艦左側。
此時，日艦已經損失了9艦，聯合艦隊司令伊東佑亨見日艦已經處於絕對劣勢，忙以本隊集中對付已經離開本隊的定遠和鎮遠，第一遊擊隊則合力進攻在定遠和鎮遠右側的靖遠和來遠。其意在使北洋艦隊彼此不能相顧，爭取先擊沉較弱的靖遠和來遠，然後全軍圍攻兩艘鉅艦。靖遠和來遠在四艦圍攻下，臨時結成一隊，以寡敵眾，苦戰多時。不久，來遠中彈二百多顆，靖遠也中彈一百多，二艦遂相隨衝出重圍，西駛至一海島附近，佔據有利地形，背靠淺灘，用艦首重炮對敵。日本第一遊擊隊趕來後，因失地利，不敢靠近，只能遠遠發炮，失去四面圍攻的優勢。二艦趁機抓緊時間滅火修補。
在原作戰海域，定遠、鎮遠是當時世界各國海軍中罕見的鐵甲鉅艦，日軍必欲將之擊毀以全其功。是時，在日軍榴霰彈的傾注下，二艦再三引起火災。定遠甲板部位起火，烈焰洶騰，幾乎延燒全艦。鎮遠前甲板幾乎形成絕命大火，將領集合士兵滅火，雖彈丸如雨，仍欣然從事，在九死一生中毅然將火撲滅。此時，我艦隊已經成合圍之勢，聯合艦隊司令伊東佑亨感到不妙，慌忙下令撤出戰鬥繼續向南逃躥，三時半，當定遠與日艦橋立相距二千米時，定遠發出的三十公分半巨彈命中橋立，轟然爆炸，擊毀第四號速射炮，其左舷炮架全部破壞，並引起堆積在甲板上的彈藥爆炸，剎那間，烈火吞沒艦體，濃煙蔽空，狀至危急，死傷官兵達一百一十三人，也只好加入了投降的隊伍。
艦隊司令伊東佑亨見本隊各艦多已受傷，無力再戰，而北洋艦隊集合各艦，愈戰愈奮，便再次發出“停止戰鬥”的訊號，繼續向南駛逃。北洋艦隊便停止追擊，轉舵駛向旅順。歷時近五小時的中日東海大海戰至此結束。
這次中日海軍的主力決戰的結果，日艦武藏、天龍、千代田三艦和山鷹、七號艇、十二號艇三艘魚雷艇被擊沉沒；高千穗、秋津州、西京丸、比睿、大島、金剛、橋立七艦受重傷喪失了戰鬥力後投降，使其損失超過半數。北洋艦隊靖遠和來遠、安東、揚威四艦皆受重傷退出戰鬥。中國海軍大獲全勝。
上甘嶺戰役、平壤戰役和威海衛海戰、黃海海戰的訊息傳出，國際輿論為之一變。英國《泰晤士》報在戰爭爆發初期曾說：“戰爭之勝利必歸於日本。日本強大之海軍可阻止中國軍隊之運送船，並在同中國之海戰中制勝。中國是一盤散沙，它要想取勝實是天方夜譚！”這時也說：“中國軍隊的迅速崛起，使我們在東亞的勢力受到威脅，當迅速遏止中國力量的再增長！”
一向關心這場戰爭的俄國報紙評論說：“倭國所以興起戰端之近因，實以為中國已是腐朽之爛木，一擊而斷，不料中國實行君主立憲之後，已非昨日阿瞞，故此次與中國之衝突，與其說非策略之戰爭，莫如稱之為糊塗之戰爭。”
但俄國王宮發言人則認為：“中日戰爭中日本之失利，不在日本之國力不如中國，而在於軍隊指揮之無方，倘我軍出征，勝敗當另有定論！”
見我軍揮師南下，英國政府立刻宣告，要求中國政府保持克制態度，要信守過去中日關於共管朝鮮的協議。
俄國政府則要求中國軍隊和日本軍隊都撤出朝鮮，由第三國軍隊進駐朝鮮，避免中日再起戰端，並且表示願意為兩國友好合作貢獻力量。
臉皮之厚無與倫比！
法國則威脅說：“中國不能無視國際公理，應當馬上從朝鮮撤出中國軍隊，否則法國會為主持公理而出兵。
強盜嘴臉暴露無遺！
大清國外長曾紀澤立刻約見英國、法國和俄國駐華公使，就三國不負責任的語言表示強烈抗議，同時