一仈jiǔ四年九月十七rì，即平壤陷落的第三天，rì本联合舰队终于在鸭绿江口大东沟附近的黄海海面挑起—场激烈的海战。
rì本海军在大同江外海面，集中了12艘军舰，包括其全都jīng华，即吉野、高千穗、秋津洲、浪速、松岛、千代田、严岛、桥立等八艘五千马力以上的主力舰和巡洋舰。
9月15rì上午，北洋舰队的主力，计军舰10艘，附属舰8艘，在丁汝昌率领下到达大连湾。
16rì凌晨1时，铭军的十个营共四千人分乘五艘运兵船，向鸭绿江口的大东沟进发。
16rì中午，舰队抵达大东沟，到次rì早晨，军队全都登陆。
17rì上午8时，旗舰定远上挂出龙旗开始返航。
11时许，北洋舰队突然发现西南方向海面上有几簇黑烟，丁汝昌登上甲板了望，判定为rì本舰队。于是立即命令各舰升火、实弹，准备战斗。
11时半，吉野先发现北洋舰队，发出信号“东北方向发现三艘以上敌舰”。
12时20分，rì舰逐渐接近北洋舰队。
中午12时50分，北洋舰队旗舰定远首先开炮。
十秒钟后，镇远舰也发出炮弹，紧接着，北洋舰队各舰一齐发炮轰击。三分钟后，rì本旗舰松岛也开始发炮还击。刹时间，双方各舰百炮一齐怒放，硝烟弥漫，海水沸腾。
开战之初，双方的力量对比如下：
火炮鱼雷发shè管总排水量总兵力平均航速节
北洋水师19527212614.5
rì本舰队26836391610.2
其中，rì本第一游击队平均航速达19.4节。另据英国海军年鉴统计，当时速shè炮的发shè速度是原后装炮的六倍，由此计算，rì本舰队的火力实际上相当于北洋舰队的三倍。依航行次序，rì舰配备情况如下：
第一游击队
舰名舰长排水量(吨)速度(节)主炮(门)
“吉野”河源要一4,21622.5150mm速shè炮4
“高千穗”野村贞370918260mm2
“秋津洲”上村彦之丞315026150mm速shè炮4
“浪速”东乡平八郎370924
本队第一群阵：
舰名舰长排水量(吨)速度(节)主炮(门)
“松岛”旗舰尾本知道427816320mm1
“千代田”内田正敏243919120mm速shè炮1
“严岛”横尾道昱427816320mm1
本队第二群阵：
舰名舰长排水量(吨)速度(节)主炮(门)
“桥立”rì高壮之丞427816320mm1
“比睿”樱井规矩之左右228413.2170mm2
“扶桑”新井有贡377713280mm2
本队左侧：
舰名舰长排水量(吨)速度(节)主炮(门)
“西京丸”鹿野勇之进410015120mm
“赤城”坂元八太郎62210.25120mm
北洋舰队的１２艘军舰配备情况如下：
舰名舰长排水量(吨)速度(节)主炮(门)
“定远”旗舰刘步蟾733514.5305mm4
“镇远”林泰曾733514.5305mm4
“经远”林永升290015.5210mm2
“来远”邱宝仁290015.5210mm2
“致远”邓世昌230018210mm2
“靖远”叶祖珪230018210mm2
“济远”方伯谦230015210mm2
“平远”李和210014.5260mm1
“超勇”黄建勋135015250mm2
“扬威”林履中135015250mm2
“广甲”吴敬荣129615150mm2
“广丙”程璧光100017120mm3
另外六艘舰艇为炮舰镇南、镇中和鱼雷艇福龙、左一、右二、右三。
战斗开始不久，北洋舰队旗舰“定远”舰由于下水12年，久已失修，舰桥被突然开火的大炮震塌，丁汝昌摔伤，信旗被毁。丁汝昌拒绝随从把自己投入内舱，坚持坐在甲板上督战。可是他只能鼓一舰士气，战斗刚开始，北洋舰队就失去了指挥。rì第一游击队4舰利用航速优势绕攻北洋舰队右翼“超勇”、“扬威”，二舰相继被击中起火，退出战斗。rì舰“吉野”也被北洋舰队击中起火，但很快被扑灭。13时30分左右，“超勇”沉没。
当rì本第一游击队绕攻北洋舰队右翼时，本队也与北洋舰队主力交相攻击。rì舰“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”“被北洋舰队截击。
“定远”、“来远”、“经远”重创“比睿”、“赤城”。“赤城”舰长坂元八郎太当场毙命。“西京丸”也受重伤。
14时15分左右，rì本舰队绕至北洋舰队背后，与第一游击队形成夹击之势。北洋舰队腹背受敌，队形更加混乱。在混战中，北洋舰队一直冲杀在前的“致远”舰受到rì“吉野”、“高千穗”等的集中轰击，多处受伤，船身倾斜。
伊东祐亨令第一游击队救援“赤城”、“比睿”。“吉野”冲在最前面，正遇上全身着火的“致远”舰。管带邓世昌下令撞沉“吉野”。“致远”舰向“吉野”号右舷高速撞去。rì舰官兵见状大惊失sè，拼命逃窜，并向“致远”舰连连发shè鱼雷，“致远”舰躲过一条鱼雷后，不幸为另一条所中，全舰官兵共252名壮烈战死。
“经远”继续迎战“吉野”，也中弹起火，管带林永升、大副陈策阵亡，随后舰也被敌鱼雷击沉，全舰270人除16人获救外，全部殉难。“致远”沉没后，“济远”管带方伯谦、“广甲”管带吴敬荣，临阵脱逃(方伯谦等是否临阵脱逃，近年有不同看法)。“靖远”、“来远”因中弹过多，退出战斗，避至大鹿岛附近紧急修补损坏的机器。
“定远”、“镇远”两舰顽强抵抗rì舰本队的围攻，虽中弹甚多，几次起火，全体官兵仍然坚持奋战。
下午3时30分，“镇远”舰的30.5公分大炮连续击中rì本旗舰“松岛”号二次。“松岛”后甲板四号炮塔中弹后，火焰引发装药，发生了大爆炸。“松岛”船轴倾斜5度，冒起白烟，火灾大作。rì军炮塔指挥官海军大尉志摩清直以下100余人皆被击毙。死尸堆积，血流满船，“松岛”败走。
不久，“靖远”、“来远”抢修完毕，重新投入战斗。rì舰“赤城”、“比睿”、“西京丸”被“定远”、“镇远”轰得不知去向，旗舰“松岛”已经瘫痪，“吉野”、“扶桑”也受了重伤，不能再战，又见北洋舰队重新集队，伊东祐亨便于17时40分左右下令撤出战场。
北洋舰队稍事追击，也收队返回旅顺。历时5个多小时的黄海海战到此结束。
黄海海战历时5个多小时，其规模之大，时间之长，为近代世界海战史上所罕见。
海战的结果是北洋舰队损失“致远”、“经远”、“超勇”、“扬威”、“广甲”(“广甲”逃离战场后触礁，几天后被自毁)5艘军舰，死伤官兵千余人；rì本舰队“松岛”、“吉野”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”5舰受重伤(“西京丸”、“赤城”两舰被拖行后不久后沉没)，死伤官兵600余人。
黄海海战以后，由于北洋舰队嗣后不敢再战，rì本基本上掌握了黄海制海权。