下午一时十分，“超勇”、“扬威”两艘老式军舰中弹起火，稍后“超勇”舰沉没，“扬威”在重伤的情况之下向大鹿岛海域撤退，触礁搁浅。“经远”、“靖远”、“来远”、“平远”先后中弹起火发生火灾，被迫暂时退出战斗。下午三时十分，在与日舰队的混战之中，北洋舰队“定远”号舰首无装甲防御部位遭到日舰“扶桑”240毫米口径主炮发射的一枚炮弹所击穿，致使舱内爆炸燃起凶猛大火，涌入大量海水。情急之下，“致远”舰迅速赶来救援，在“定远”舰前侧为其遮挡炮火并与敌舰炮击对抗，为“定远”扑灭大火排出海水赢得了宝贵时间。但“致远”舰也因此右舷中弹进水，舰体出现30度倾斜，炮弹用尽。在生死的最后关头，管带邓世昌欲率舰与日舰共亡，但在追敌途中被日舰击毁。

　　在“致远”舰沉没之后，“济远”舰管带方伯谦畏战潜逃，命令挂出重伤信号旗逃出战场，“广甲”舰也跟随其后逃之。在逃跑过程中“广甲”舰迷失航路，最终触礁搁浅在大连湾外数日无援，发现前来巡航的日舰“浪速”、“秋津洲”被迫自爆沉没。“济远”舰在逃跑途中，选择和丰岛海战中同样的浅水区作为逃跑路线。匆忙奔逃中的“济远”舰竟然撞上重伤的“扬威”舰，却又不管不顾仓皇离去，致使“扬威”舰最终挣扎至浅水区搁浅。下午四十三十分，在日舰第一游击队的追击之下，“经远”舰在距日舰2500米处被其击中，最终沉没。“吉野”等舰继续追击“靖远”等舰直至天色渐暗，伊东祐亨担心北洋舰队的鱼雷艇会在夜黑之时偷袭，为了确保当前战果，便发出停止追击，返回本队的旗语命令，下午五十三十分，日舰第一游击队被迫停止追击，返回本队。

　　日海军第一游击队吉野号

　　在历经了三个多小时的混乱惨烈海战之后，北洋舰队只剩下“定远”、“镇远”两艘铁甲巨舰仍然顽强与“松岛”、“千代田”、“严岛”、“桥立”、“扶桑”5艘围攻而来的日舰对战，并在对战过程中，“镇远”主炮发出的一枚开花弹射入“松岛”船舱内爆炸，但被击中瘫痪船体出现倾斜的“松岛”舰却奇迹般的没有沉没。最终，“定、镇”二舰且战且退向西南方向移动，企图把日舰尽量引向远离大东沟海域的方向。18时左右，眼看着并不能击沉“定远”、“镇远”两艘巨舰，中日双方也各自退出了战场，历时将近五个小时的黄海海战宣告结束。“定远”、“镇远”在遭到日舰的围攻之下屡屡中弹却仍然没有沉没，而且还能在与日舰对抗之下带伤脱离战场，给日舰队留下了震撼的印象。黄海海战的结果也应验了双方舰队开战之前，日本明治天皇和伊藤博文对北洋舰队“定远”、“镇远”二舰铁甲巨炮的恐惧。