在日本战列舰开火射击一分钟之后，即10时52分，“胜利”号战列巡洋舰再次开火，这一次她的炮口指向的则不是“青森”号轻巡洋舰，而是“扶桑”号战列舰。“胜利”号的第一轮齐射就击中了“扶桑”号的后甲板。“扶桑”号上立时腾起一道霹雳般的火焰，红色的爆炸闪光划破了黑暗，连高挂在天空中的明月都为之失色。
看到击中了敌舰，“胜利”号上的官兵们忍不住齐声欢呼起来。
这场夜间大战的**终于来临。
“胜利”再次开始了齐射，她身后的“民权”此时也跟着开火，在发现了隐藏在“扶桑”号身后的“山城”号，“民权”号将炮火从“扶桑”号上移开，向“山城”号猛射，而两艘日本战列舰也不甘示弱，这两座日本海军造舰史上史无前例的“多炮塔神殿”开始了凶猛的齐射，夜空中到处都飞翔着无数的亮点，当时冲锋在前的“胜利”号舰长斯科特海军上校回忆道：“这是我所看见过最为壮丽的景色，流星一样的炮弹在夜空划出一道又一道的死亡弧线，仿佛‘启示录’里世界末日来临时的巨大冰雹从天空中落下，在海面上激起了小山一样的水墙，我举着望远镜，看着对面向我们不断开火的两艘日本战列舰，它们在黑暗中就好象两列灯火通明的列车，快速的疾驶过山岗。……日本舰队的附近激起了一座座几乎不倒的水墙，震耳欲聋的爆炸声简直让所有的人失去了感觉。”
而此时在“扶桑”号战列舰上，舰长大石正吉大佐目睹着远处两艘中国战列巡洋舰炮口喷出的火光将天边映得一片通红，心中也满是震撼之意。
此时“扶桑”号的探照灯光扫向“胜利”号，永田泰次郎和他的参谋们用望远镜仔细查看着这艘如同喷火的巨龙一样的高大战舰，永田泰次郎仔细端详着这艘巨舰的舰桥，终于确信这是中国海军最新式的“战列舰”。
此时所有的日舰全部瞄准了“胜利”号，各种不同口径的炮弹射向这艘战列巡洋舰，日本轻型舰艇同时发射了一大批的鱼雷。但幸运再次降临在“胜利”号上，日本人射出的鱼雷没有一枚命中，而“扶桑”号射出的三发356毫米炮弹全被“胜利”号的装甲板挡了下来，另外有二十余发不同口径的炮弹击中了“胜利”号的上层建筑，造成了广泛但仅仅是表面上的破坏，日本人射出的许多炮弹都没能爆炸，更多的炮弹直接碎裂掉，根本无法击穿“胜利”号的装甲板。尽管如此，这些表面上的破坏仍然给“胜利”号造成了不少麻烦：部分通讯系统的线路被毁，一台火炮指挥仪也受到了损坏。
日本人并不知道，和欧洲各国海军的战列巡洋舰不同，他们眼前的这艘中国战列巡洋舰的防护性能极其强悍，象“胜利”号的主装甲带为305毫米，外倾21度，水平防护装甲为180毫米，另有90毫米的甲板装甲，而炮塔正面装甲则达到了惊人的460毫米，司令塔装甲最厚处达到420毫米。从某种意义上来说，“胜利”号更应该划到“快速战列舰”的范畴里，而不是“战列巡洋舰”。
而作为日本第一代“超弩”级战列舰，“扶桑”号的侧舷装甲带最厚处为305毫米，炮塔正面装甲为305毫米，炮塔顶部装甲厚114毫米，炮座厚203毫米，穹甲76毫米，司令塔装甲最厚处为350毫米。“扶桑”号是日本人片面追求火力忽视防护的产物，而这样设计所造成的严重后果，将在这次海战中暴露无遗。
此时“胜利”号和“扶桑”号互相射击，“民权”号和“山城”号厮杀在一起，“胜利”号的炮术官不断的将相关数据输入到测距仪当中，然后很快，一发发巨大的炮弹就向日本战列舰飞去。“我们的火力控制系统和火炮的运转进行得非常顺畅，就好象一场经过充足预演的射击练习。”李景曦中将对炮手们的表现十分满意，“我们很快便击中了日本人。”
很快，“胜利”号的主炮再次获得射控数据，这一次的数据异常准确。此时正好是在午夜时分，“胜利”号向“扶桑”号射出新一轮九发齐射，这一轮齐射正好击中了“扶桑”号的中央部位，立时引发了一场巨大的爆炸。
“扶桑”号完全淹没在了弹雨中，“胜利”号上的测距官魏天成上尉观察到日本战列舰六座356毫米双联装主炮塔有一座已经被爆炸产生的冲击波掀掉了，“敌舰中部出现了一团暗红色的火光，然后越来越亮”。很快，“胜利”号进行了又一轮齐射，再次准确的命中了“扶桑”号。爆炸再次发生，这一次“扶桑”号的损伤极为严重，又一座主炮塔被摧毁，水线部被打穿了多个洞，船舵也被卡住了，舰面燃起了大火，部分进水导致舰体开始向左舷倾侧，并不停地冒出浓烟。
看到旗舰这么快便被打得一片大火，荒村仲吾不由得大吃一惊，此时他顾不得自身的安危了，下令再次发起决死攻击，于是日本护卫舰队再次返身杀上，向“胜利”号发射了八枚鱼雷，但又是全部失的。日舰的航向直指“胜利”号。而这时中国直卫舰艇却出现了失误，这些军舰因为躲避炮火的关系，和战列巡洋舰拉开了一段距离，使战列巡洋舰在这一会儿单独面对着日舰的冲击，此时中国战列巡洋舰唯一优势是自己本身：高速度、强火力、没有什么损伤、重装甲和训练有素的舰员。李景曦顾不上下令召唤自己的直卫舰艇，而是继续保持着对日本战列舰的攻击。
这时“扶桑”号战列舰剩余的主炮射出的炮弹开始飞向“胜利”号，测距官魏天成上尉回忆道：“六发白色的耀眼的炮弹自敌舰的炮塔射出，看起来就向在空中缓慢的向我们飘过来，然后在靠近的时候加速，变得越来越亮，越来越红。值得一提的是，我们并没有害怕被击中，而是用专业的眼光去评价这些炮弹。”
另一位测距官席成安上尉回忆道：“在我们副炮射击的火光之间，腾起了大量的水柱，从水柱的大小判断这些都是大口径的炮弹，第二排炮弹则是典型的日本模式——打得过近，因此我的注意力全都集中在了第三排炮弹的弹着点上。这时我看见日本军舰放出的烟幕，那艘日本战列舰的身影开始变得模糊起来。日本驱逐舰试图发动鱼雷攻击，在我们的右舷方向，出现了两艘日本驱逐舰，但他们的射击阵位很差，尽管如此，但日本人仍然射出了鱼雷，还是象刚才一样，没有一枚鱼雷命中目标，只有一枚日本鱼雷在‘胜利’号的尾流中莫明其妙的爆炸，激起了一个很大的蘑菇形水柱。”
过不多久，意识到战列巡洋舰处于危险之中的中国直卫舰艇重新向旗舰聚拢了过来，2艘轻巡洋舰和4艘驱逐舰一共6艘舰艇排成了标准的教科书式的战列，用所有的侧舷炮轰击冲上来的日本军舰。两艘战列巡洋舰也用副炮加入到了轰击的行列当中。事实上战列巡洋舰队并没有使出全力，为了节省弹药，两艘巨舰仅仅使用半数齐射。
尽管“青森”号灵活的在弹雨中左右躲闪，奇迹般地仅仅被一发中国轻巡洋舰的主炮射出的炮弹击中，但这枚炮弹的爆炸还是给它造成了很大的伤害，剧烈的爆炸引起了舰上弹药的殉爆，让它不得不飞也似的调头逃离了战场。而速度较慢的装甲巡洋舰“日进”号则没有那么幸运，它被从152毫米到406毫米的各类炮弹击中，2时52分，“日进”号的舰桥被“胜利”号射出的3发主炮弹直接击中，包括正副舰长、航海长、水雷长在内的主要指挥官几乎全部阵亡，只能由炮术长接替指挥，还有别的炮弹击中其锅炉轮机舱，一时间这艘军舰立刻丧失了动力，成为了海面上漂浮的火把。
在“胜利”号同“扶桑”号激烈交战的期间，“民权”号也在和“山城”号用主炮进行激烈的交战。“民权”号不断的向“山城”号实施九弹齐射，其中两发炮弹直接击中目标，“山城”号开始猛烈燃烧起来，但“山城”号的还击也给“民权”号造成了一定的伤害，“民权”号上的电力系统部分中断，一座主炮塔被弹片卡住无法运转，但勇敢的水手们很快便排除了故障。
“这是真正的肉搏战。”一位在“民权”号上服务的美**官说道，“到处都是飞来飞去的炮弹，爆炸声震耳欲聋，但没有人感到害怕，所有的人都坚守在自己的岗位上，我们的一座主炮塔被敌舰击中了，停止了射击，我们的火力因此少了三分之一，但只过了不一会儿，它便重新开始咆哮起来，就在这时，我们突然发现，又有一艘日本战列舰出现了……”
这一次出现的是日本战列舰“周防”号。它一直躲在了“山城”号的后面，但此时它却被几艘突然出现的中国驱逐舰逼了出来。
“周防”号遇见的最早敌手是李文宇少校率领的鱼雷艇中队，他们此前一直在这一带海域活动，22时14分的时候，担任警戒的“霓”号驱逐舰发现了左前方的岛影中闪出了三艘快速逼来的鱼雷艇，“霓”号立即开火，中国鱼雷艇虽然左避右躲并施放烟幕，但是依然被击中，这第一波攻击遂被击退，但在这以后，中国鱼雷艇还是不断以三艇一组分成小队前来攻击，让“周防”号始终处于紧张状态之中。正当“磐手”号装甲巡洋舰率领三艘驱逐舰赶走中国鱼雷艇回归本队时，却被“山城”号当成了中**舰遭到了炮击，一发356毫米炮弹击中了“磐手”号，造成全舰大火和人员的大量伤亡，日本舰队顿时乱作一团。
中国鱼雷艇的攻击一直没有中断，日本军舰虽然没有被鱼雷击中，但是中国鱼雷艇迟滞和干扰了日本舰队的行动，不久，中国鱼雷艇射出的一枚鱼雷击中了已经受伤的“磐手”号装甲巡洋舰。这艘日本军舰立时开始倾斜起来，不久倾斜达到了45度，舰长不得已下令弃舰，但是大部分日本水兵这时已经来不及逃生，两分钟后，这艘老式装甲巡洋舰倾覆，并于舰尾处开始沉入水中。
当“周防”号出现在中国水兵的视野当中后，“民权”号立刻调整了炮火，用两座前主炮塔轰击“山城”号，用一座后主炮塔轰击“周防”号，中国炮手将自己精准的炮术发挥到了极致，“周防”号接连被两枚406毫米炮弹击中，在剧烈的爆炸中变成了一堆“宛如熔铁炉一般”熊熊燃烧着的废铁块。这是日本在最近的战斗中损失的第一艘战列舰，也是自日俄战争以来第一艘被火炮击沉的日本战列舰。
击毁“周防”号之后，“民权”号重新将全部火力集中到了“山城”号身上，然而此时由于视线不良，加上日本驱逐舰舰又频频施放烟幕，根本无法有效的瞄准射击。但这时中国轻巡洋舰和驱逐舰赶来帮忙了，两艘轻巡洋舰和两艘驱逐舰出现在了日舰的左前方，从另一个方向将鱼雷射向日本舰队，这次轮到日本人的驱逐舰中雷了，日本驱逐舰“霓”号被一枚鱼雷击中，顿时火光冲天，“如同一根烧红的铁矛刺入水中”一样发出“咝咝”的声响，迅速的沉到了海水里。此外“早夕”号驱逐舰的舰尾也被一枚鱼雷炸得稀烂，不一会儿便打着转消失在了海面上。日本驱逐舰队的实力因此大减，剩下的驱逐舰一哄而散，这时中国海军的重雷装轻巡洋舰“海云”号向“山城”号进行了一次鱼雷齐射，5枚鱼雷直向“山城”号射去，“山城”号躲闪不及，左舷后部被“海云”号发射的一枚鱼雷命中了，舰体顿时被炸裂，海水大量涌入，“山城”号开始倾斜，舰长大谷幸四郎大佐不得不下令向两个弹药库注水以恢复平衡，结果导致第3号炮塔以下的火炮不能使用，只能以舰首的1号、2号主炮塔攻击“民权”号，但幸运的是此时“山城”号的动力无损，依然能够保持航行。
激烈的战斗进行到了2时43分，日本舰队损失惨重，士气逐渐的开始低迷，而中国舰队则越战越勇，“胜利”号一马当先，“民权”号紧随其后，继续向日舰猛射。这时日本舰队再次遭遇到了中国驱逐舰队的攻击，这是奉命前来支援的由邓仲文海军上校指挥的第5驱逐舰中队的6艘驱逐舰，中国驱逐舰高速逼近日舰，尤其是坐镇在“破军”号驱逐舰上的邓仲文上校率领两艘驱逐舰“七杀”号和“天狼”号开到了日舰的至近距离，一共发射了12枚鱼雷。其中“破军”号的鱼雷又一次命中了“山城”号，这次是左舷中部中雷，“山城”号内的通信立时中断，指挥陷入一片混乱之中。
鱼雷发射完毕的“七杀”号、“破军”号和“天狼”号并未返航，而是改变航向，开始用火炮向漂浮在水面上的“日进”号和“青森”号射击，正在这时，中国驱逐舰忽然掉头，原来是接到了战列巡洋舰队发来的信号，让他们不要挡住炮口。3时15分，中国驱逐舰开始撤离，“七杀”号临别时还射出了其最后的几枚鱼雷，将“日进”号送进了海底。
在得知“山城”号中了鱼雷之后，永田泰次郎意识到败局已定，他下令全体向南撤退。“青森”号此时仍然浮在水面上，它的锅炉和发动机仍然可以运作，但舵机受损进水，船舵锁死。荒村仲吾试图拯救“青森”号，但“青森”号的进水越来越难以控制，而由于火势向弹药舱蔓延，水手们被迫向弹药舱注水，但却恶化了进水程度。3时27分，“青森”号也沉没了。此时仍在海上等待救援的中国驱逐舰的舰员们饶有兴趣地观看了“青森”号最后发生的大爆炸。
中国舰队继续保持着攻击的势头，3时49分，中国舰队的火力集中射向了烟幕中的“扶桑”号身上，“扶桑”号的周围到处都腾起了高低不整的水柱，1分钟后，聚拢在一起的中国轻巡洋舰和驱逐舰再次顶着交战双方的炮火全体杀上，在海面上留下了数十道鱼雷航迹后又快速撤离，“山城”号见势不妙连忙回避，但是其前方的“扶桑”号却因为行动迟缓，被“海风”号轻巡洋舰发射的一枚鱼雷拦腰击中，航速顿时大减，这艘巨大的军舰开始向右回旋，但蹒跚行进了不远就再也开不动了。