日本人的战术死板了些，可是有许多精明可取之处。比清军强悍的鄙视一处两处，获胜是板上定钉的事，加上义勇军也不行。除非大清朝也搞个抗日战争，打持久战，看谁拖死谁。
被抗倭义勇军搅合了下。伤亡超过2万人，物资，人员伤亡更是加剧了日军的负担。但是在大局战略上一片大好。海军决战势在必行，不能取胜，花费巨糜得不偿失。
李鸿章也是非凡之人，别人又没有能力控制指挥军队，在朝廷妥协下，坐镇直隶，大骂金雨造谣生事，无事生非。
北洋海军被日本海军，压着打，李鸿章的保船避战已不可能。得了提醒装9时，足了弹药，于11月16号迎战日本海军。北洋海军爆发了，
9时，北洋水师定远号旗舰上挂出龙旗开始出航。
10时23分，日本联合舰队第一游击队率先发现了北洋水师。便挂出“东北方向发现三艘以上敌舰”的信号旗。
10时30分，北洋水师镇远舰桅楼上的哨兵看到西南方向海面上有几簇黑烟，发现日本舰队。丁汝昌随即命令各舰升火、实弹，准备战斗。
12时05分，日本联合舰队第一游击队在先，本队在后，呈单纵阵，接近北洋水师。
12时20分，北洋水师在行进中由双纵阵改为横阵，旗舰定远位于中央，其余各舰在其左、右依次展开，舰队呈楔形梯队。同时邓世昌还发出命令：“各小队须协同行动；始终以舰首向敌；诸舰务于可能之范围内，随同旗舰运动之。”
12时50分，双方舰队相距5300米，北洋水师旗舰定远舰首先开炮。联合舰队第一游击队在距北洋水师5000米处即向左转弯，航向北洋水师右翼。联合舰队航向北洋水师右翼，冒险将舰队暴露于北洋水师阵前。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，日本旗舰松岛舰也开始发炮还击。
12时53分，联合舰队旗舰松岛开始发炮还击。定远主桅中弹，信号索具被炮火所毁（一说因战船老朽发炮时震塌飞桥），在飞桥上督战的丁汝昌身负重伤。
刹时间，双方各舰百炮一齐怒放，硝烟弥漫，海水沸腾。
战斗开始不久，北洋舰队旗舰“定远”舰由于下水12年，7年未修，主炮炮塔起火，丁汝昌烧伤，信旗被毁。丁汝昌拒绝随从把自己抬入内舱，坚持坐在甲板上督战。可是他也只能鼓一舰士气，战斗刚开始，北洋舰队就失去了指挥和联络。日第一游击队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。日舰“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，管带黄建勋落水，“左一”鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，黄不就，从容死难，舰上官兵也大部壮烈牺牲。
当日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。日本军舰“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋舰队截击。
“定远”、“来远”、“经远”重创日舰“比睿”、“赤城”。“赤城”舰长坂元八太郎阵亡。“西京丸”也受重创。
14时15分左右，日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“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”。“吉野号”冲在最前面，正遇上全身着火的“致远”舰。邓世昌见吉野恃其船捷炮利，横行无忌，愤而说道：“倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事。”决意与之冲撞，同归于尽。吉野”、“扶桑”毅然全速撞向日本主力舰“吉野”号右舷，日本官兵见状大惊失色，集中炮火向致远射击，致远舰右侧鱼雷发射管被击中，引起大爆炸，3时30分，以右舷倾斜，在东经123度34分，北纬39度32分的黄海海面上沉没。全舰官兵除七名遇救外，全部壮烈殉国。（此说法目前最接近事实，致远舰冲向吉野号，有可能就是为了使用鱼雷攻击。也有另外的说法是致远舰是被日舰火炮击沉，战前北洋水师已经把鱼雷抛入海中。）
“经远”继续迎战“吉野”，遭吉野、浪速、秋津洲、高千秋四舰围攻，中丛弹起火，全舰奋勇抗御，经远全舰将士“发炮以攻敌，激水以救火，依然井井有条”。经远舰以一敌四，拒战良久。激战中，管带林永升不幸“突中炮弹，脑裂阵亡”，帮带大副陈荣和二副陈京莹也先后中炮牺牲。最后在浪速、吉野、秋津洲、高千秋的围攻下经远舰中弹累累，不久，“左舷舰首向水中沉下”，在东经123度40分7秒，北纬39度51分海面上，舰首向东，左舷倾覆而沉没。全舰官兵二百余人，除十六人遇救外，其余全部阵亡。
“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、镇远两舰浴血奋战，中弹甚多，几次起火。
日本军舰赤城、比睿、西京丸，吉野”、“扶桑”严重受损，期间旗舰“松岛”也有损伤。
清国北洋海军损失更重，邓世昌还是死了，战斗时勇往直前，战斗中舍生忘死的精神，甚是感人。
定远号，镇远舰此时集中炮击日军旗舰，双方都志在气势，以击沉旗舰为目标。北洋海军将领作战意识是好的，战况空前惨烈。
“轰隆隆。。。。。。”镇远舰弹药舱发生剧烈爆炸，本来就受损，损管不利，四分五裂顷刻间沉入了渤海之中，舰上官兵无一幸免。定远号此时也杀红了眼睛，悍不畏死的炮击松岛舰，这时也是幸运，一发开花弹击中锅炉，爆炸开来，滚烫的热水当场烫死了锅炉兵，动力的损坏，让松岛舰静止下来，接连被炮弹击中。
“轰隆隆。。。。。。”松岛舰也步了后尘，日本联合舰队司令伊东佑亨被拼死护持着转移走了。
30分钟后北洋海军，损失加重，无力再战，撤出战场。
日军同样无力再战。海战结束。
此役北洋水师虽损失较大，但并未完全战败。然而李鸿章为了保存实力，命令北洋舰队躲入威海港内，不准巡海迎敌。日本夺取了黄海的制海权。
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