止了对定远、镇远的攻击，向靖远、来远追来。
靖远、来远严阵以待，准备边打边撤把第一游击队引向远处，尽量给定、镇二舰留出更多的自救时间。然而出人意料的是第一游击队从他们身边疾驶而过，奔着济远舰逃走的方向去了！联合舰队司令长官伊东佑亨胃口大，第一游击队司令长官坪井航三胃口也不小。坪井航三的意图是先击沉最先逃走的济远、广甲二舰，回头再收拾经远、靖远、来远三舰。然而，他低估了方伯谦同志“铁掌水上漂”的逃命功夫。方伯谦开足马力，专挑险要浅滩行驶，人挡杀人，佛挡杀佛，连自己人都不放过——停在浅滩修理的扬威舰被只顾逃命的济远舰拦腰撞断。扬威舰管带林履中悲愤难忍，跳海自尽。广甲舰也像济远舰一样挑选险要浅滩行驶，无奈逃跑的功夫不济，触礁搁浅。坪井航三带领第一游击队“吉野”四舰追击济远、广甲，结果越追越远，最后干脆把济远、广甲给追丢了！丰岛海战的时候他就没追上济远，这次仍然没追上！郁闷的坪井航三只好调头回航攻击经远舰。经远舰管带林永升、帮带大副陈荣在撤退之前就已经阵亡，在“吉野”四舰的猛烈炮火打击下，二副陈京莹亦中炮身亡，舰上已无人指挥。然而舰上的水兵仍然坚守岗位，继续向日舰发炮还击，宁死不降，于16时40分沉没，舰上270名官兵中仅16人生还。击沉经远舰后，第一游击队在大鹿岛附近的一处浅滩发现了正在忙着救火的靖远舰和来远舰。靖远和来远背向陆地停泊在浅滩，舰首主炮瞄准“吉野”，摆出与第一游击队决一死战的架势，来吧，二对四，我们不怕。靖远在之前的战斗中已中弹100余枚，水线部分被击穿数处，进水不止；来远已中弹200余枚，甲板被大火烧光，军舰的骨架、钢梁都露在外面了。两舰虽受伤甚重，好在舰首210毫米主炮尚可使用，不至于任人宰割。若靖远、来远二舰在海面上，第一游击队可以利用速度优势迂回至其侧后方，避开其主炮，用舷炮攻击二舰，但是如今二舰背靠陆地，第一游击队的速度优势无法发挥，只能在远处来回游弋射击，而靖远、来远二舰则正好发挥舰首主炮的优势！第一游击队与靖远、来远二舰鏖战许久竟然未沾得任何便宜。
主战场上，巨舰定远、镇远面对联合舰队本队5舰毫不畏惧，不稍退一步，双方你来我往，战斗甚是激烈。来远、靖远撤退后，镇远舰独自守卫旗舰定远，用精准的走位和射击掩护定远屡屡化解危机。帮带大副杨用霖在管带林泰曾跪地祈祷祖宗保佑的时候接替指挥，沉着果断，任弹火纷飞而神色泰然自若，洋员马吉芬称赞他是“英勇豪侠的军官”。而马吉芬也是一个猛人，镇远舰前桅处中弹起火的时候，他离开指挥塔带领一些勇敢的水兵冒着密集的炮火前去扑灭，不幸中弹受伤，两年后因不堪忍受伤痛的折磨而饮弹自尽。
15时30分，镇远舰发射的一发305毫米炮弹命中联合舰队旗舰“松岛”，“松岛”上传来的震天动地的爆炸声引起镇远舰官兵的一阵欢呼！这发巨大的炮弹击中“松岛”舰首炮塔，引起放在附近的大批炮弹爆炸，“松岛”舰体剧烈倾斜动荡，其甲板上白烟蔽日，烈火滔天，90名水兵瞬间伤亡，其中一名为三浦虎次郎的水兵被炸成重伤，临死之前的最后一句话是：“我们把定远击沉了吗？”
抱歉，没有人能击沉大清的巨舰定远！
“松岛”上的大火燃烧了40分钟，直到16时10分才被扑灭。除了6门120毫米炮之外，其它火炮都被摧毁，“松岛”已基本失去战斗力。见追击北洋舰队逃舰的第一游击队迟迟未回，联合舰队司令长官伊东佑亨意识到凭本队这5艘军舰是无法击沉定远、镇远的，再打下去本队的军舰甚至有可能会被击沉！那么，撤退吧。“松岛”打出“各舰随意运动”的信号，联合舰队本队各舰分头向东南方向撤退。
你们害怕了吗？对不起，我要报仇。定远、镇远奋起直追——刘步蟾已经杀红了眼，一艘敌舰尚未击沉，怎么对得起沉入海底的超勇、致远、经远三舰上的官兵？
见定远、镇远竟然敢于以两舰追击联合舰队5舰，伊东佑亨愤怒了，调头再战！北洋舰队与联合舰队本队为了各自的荣誉再次交战！此次战斗比之前更为惨烈，“松岛”甲板上的所有建筑被定、镇二舰的炮弹扫荡的一干二净，舰体水线以下部分亦中数弹，险些沉没，定远、镇远二舰也已经千疮百孔。17时45分，日暮渐薄，激战正酣，伊东佑亨发现西北海面上北洋舰队靖远舰率领十余艘舰艇鱼贯而来，顿时失去了继续作战的勇气，遂命令升起“停止战斗”信号旗，全体向南撤退。北洋舰队合兵一处追赶十几海里，终因速度不济，无功而返。此时，定远舰巨炮的炮弹只剩下3发，镇远舰只剩下两发，若不是靖远舰及时率领港内各舰返回战场，定、镇二舰就只能当联合舰队的靶子了。
这场历时4小时55分的大海战终告结束，北洋舰队伤亡837人，超勇、致远、经远三舰被击沉，扬威被济远撞沉，广甲触礁搁浅后自毁，损失5舰；联合舰队伤亡298人，“松岛”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”4舰被重创，但无一