已經到了正午時分，兩支艦隊相距約十海里在海面上相遇。
維佐夫特命令艦隊向左轉向，儘可能迴避與日軍交戰，試圖擺脫日本艦隊，兩支艦隊相向而行。而東鄉則怕俄軍又縮回旅順，命令艦隊繼續直行，等到兩支艦隊處於平行位置時，這才命令艦隊進行90度轉向，以切斷俄軍退路。
而維佐夫特則不管三七二十一，命令艦隊全力向海參崴方向前進，他的目的則是儘可能安全地將艦隊帶到那裡，雙方的距離反而拉開一些。
東鄉見此，為了和俄國艦隊保持接觸，再次命令艦隊轉向，日本艦隊斜插向俄國艦隊，雙方的距離再次接近。事到如此，維佐夫特顯得不再膽怯，升起訊號旗命令艦隊準備迎戰。
下午一點多，兩支艦隊相距大約8000多米，位於俄艦隊前列的皇太子號和列特維贊號首先瞄準三笠號進行試射，日本艦隊隨即進行還擊，日俄黃海海戰拉開序幕。
東鄉的艦隊對俄太平洋艦隊並不佔優勢，由於在旅順封鎖戰中不幸損失了兩艘戰列艦，本來就實力稍遜的聯合艦隊只剩下三笠、敷島、富士、朝日四艘戰列艦和靠著英國人幫忙在戰前硬從阿根廷海軍手上搶購的春日和日進號兩艘排水不到八千噸的裝甲艦，論主力艦的數量，俄國人還要強一些。
但日本人已經沒有退路，他們一定要在俄國波羅的海艦隊趕到之前將太平洋艦隊消滅，否則等待他們的很可能是戰敗的命運。
日本人上來就拉出拼命的架式，但維佐夫特卻沒有和日本人死磕的打算。
炮戰開始，東鄉命令艦隊來了個180度的大轉彎，祭出在英國留學時學到的法寶：t字形戰法，要搶戰俄國縱隊的前面。誰知維特佐夫根本不理他這套，下令俄艦隊一面開炮一面向右轉向，他估計自己的艦隊差不多能衝過日本艦隊的圍堵。
東鄉以為俄國人又想往回逃往旅順，於是又命令艦隊轉向180度準備堵，誰知道俄國艦隊又調頭直往東南方向，東鄉這時候才意識到維佐夫特的俄國艦隊不是出來和他決戰的，這是要向海參崴方向逃跑！
但此時兩隊的距離已經拉開到13000米以上，維佐夫特命令他的艦隊保持在十四節以上的航速，按照他的計算，在天黑之前日本人已經不可能追得上他。
後面的日本聯合艦隊司令東鄉平八郎和艦隊參謀秋山真知也傻了眼，此時兩支艦隊相距差不多八、九海里，但要追上這段距離沒有十多個小時根本沒有可能，日本艦隊雖然航速較快，但也比俄國人主力艦快了不到一節。
東鄉幾乎是絕望地帶著聯合艦隊在後面發瘋似的追趕，天見可憐，下午5：30分，日本人居然神奇般地趕到了俄國人的前面。
原來俄國艦隊裡面幾艘航速較慢的老艦和在旅順艦體受損的列特維贊號拖累了整支艦隊的速度，維佐夫特是個極不合格的指揮官，缺少一種壯士斷腕的果敢，根本沒有考慮是否該放棄這幾艘要命的老爺艦而將大部分主力順利地帶到海參崴。
結果盆盆罐罐都想要的維佐夫特就連自己都搭了進去。
在山東半島榮成角以北約45海里的地方，兩支艦隊再次展開炮戰，俄國艦隊殿後的波爾塔瓦號首先用後主炮向日本艦隊領先的三笠號開火，淒厲的尖嘯劃過海面，可憐的三笠號上傳來猛烈的爆炸聲，第二輪戰鬥開始。
維佐夫特在皇太子號上打出「向南突圍」的訊號，俄艦隊開始轉向，正好將火力全都集中在領先我三笠號身上，倒霉的三笠號一上來就遭受重創，幾乎陷入癱瘓。
戰鬥愈加激烈。
下午6點左右，皇太子號的舵機在關鍵時刻再次出現故障。俄國人悲慘的一幕再次出現，從渾身冒火的三笠號上發射的兩顆305毫米炮彈直接命中皇太子號的艦橋，指揮塔內一片狼藉，俄艦隊司令維佐夫特少將及參謀人員當場被炸死。
失去控制的皇太子號在戰場上橫衝直撞，嚇得後塞瓦斯托波爾號和波列斯維特號紛紛躲避，俄軍陣形頓時大亂。
接替維佐夫特指揮的烏赫託姆斯基在波列維斯特號上掛出訊號旗，帶頭轉向旅順港，但由於波列維斯特號上的兩根桅杆都被炸斷，只好在艦橋上打出訊號，但在濃煙滾滾的戰場上根本無法能看清。
俄軍失去指揮，在日本人的圍攻下開始四處逃竄。
天漸漸黑了下來，落在後面的列特維贊號成了聯合艦隊重點照顧的物件，俄國人似乎知道自己快不行了，反而沉下心來，回頭勇敢地與日艦展開搏鬥，以期掩護己方主力戰艦安全撤離。
列特維贊號周圍硝煙瀰漫，渾身冒著黑煙，法國人的造艦技術看來比俄國人好得不是一點半點，這艘遭到重創的戰艦依然頑強地浮在水面。就在日本人以為這艘俄國戰艦將會被擊沉的時候，巡洋艦分隊的指揮官雷申斯特恩少將見到戰列艦列特維贊號身處絕境，冒險率領手下的三艘巡洋艦阿斯科爾德號、帕拉達號和狩獵女神號勇敢地衝進戰場，對列特維贊號施以援手。
此時一直沒有參加戰鬥的巡洋艦諾維克號也帶著俄國驅逐艦隊出現在了聯合艦隊主力前方，天色已暗，如果俄國驅逐艦趁夜發動魚雷攻擊，後果將不堪設想。東鄉立即下令艦隊脫離戰場。
一場驚心動魄的戰列艦隊大對決宣告結束，令人意外的是雙方互相命中的炮彈並不少，但誰也沒能夠擊沉對方的那怕一艘主力艦。敏銳的英國人在分析了這場海戰的詳細情報後得出在厚重的裝甲保護下，二級主炮已經不能夠對敵方主力艦隻構成致命的威脅，海戰的優劣將取決於雙方主力艦船隻擁有的主炮數量的結論。
這直接促使英國人下定決心開始開工建造出世界上第一艘全重型火炮戰列艦——無畏號，也宣告了海上爭霸鉅艦大炮時代的到來。