凌晨，十個營共四千人分乘五艘運兵船，向鴨綠江口的大東溝進發。
中午，艦隊抵達大東溝，到次日早晨，軍隊全部登陸。
9月17日上午，運兵船卸載完畢。
9時，北洋水師定遠號旗艦上掛出龍旗開始返航。
10時23分，日本聯合艦隊第一遊擊隊率先發現了北洋水師。便掛出“東北方向發現三艘以上敵艦”的信號旗。
10點，北洋水師的鎮遠艦桅樓上的哨兵看到西南方向海面上有幾簇黑煙，發現日本艦隊。丁汝昌隨即命令各艦升火、實彈，準備戰鬥。
12時，日本聯合艦隊第一遊擊隊在先，本隊在後，呈單縱陣，接近北洋水師。
12時20分，北洋水師在行進中由雙縱陣改爲橫陣，旗艦定遠位於中央，其餘各艦在其左、右依次展開，艦隊呈楔形梯隊。同時丁汝昌還發出命令：“各小隊須協同行動；始終以艦首向敵；諸艦務於可能之範圍內，隨同旗艦運動之。”
12時50分，雙方艦隊相距5300米，北洋水師旗艦定遠艦首先開炮。
聯合艦隊第一遊擊隊在距北洋水師5000米處即向左轉彎，航向北洋水師右翼。聯合艦隊航向北洋水師右翼，冒險將艦隊暴露於北洋水師陣前。十秒鐘後，鎮遠艦也發出炮彈，緊接着，北洋艦隊各艦一齊發炮轟擊。三分鐘後，日本旗艦松島艦也開始發炮還擊。
12時53分，聯合艦隊旗艦松島開始發炮還擊。定遠主桅中彈，信號索具被炮火所毀（一說因戰船老朽發炮時震塌飛橋），在飛橋上督戰的丁汝昌墜落身負重傷。剎時間，雙方各艦百炮一齊怒放，硝煙瀰漫，海水沸騰。
日方第一遊擊隊平均航速達19.4節。另據英海軍年鑑統計，當時速射炮的發射速度是原後裝炮的六倍，由此計算，日艦隊的火力實際上相當於北洋艦隊的三倍。
戰鬥開始不久，北洋艦隊旗艦“定遠”艦由於下水12年，7年未修，主炮炮塔起火，丁汝昌燒傷，信旗被毀（一說爲被日軍艦炮擊中）。丁汝昌拒絕隨從把自己擡入內艙，堅持坐在甲板上督戰。日第一遊擊隊4艦利用航速優勢繞攻北洋艦隊右翼“超勇”、“揚威”，二艦相繼被擊中起火，退出戰鬥。日艦“吉野”也被北洋艦隊擊中起火，但很快被撲滅。13時30分左右，“超勇”沉沒，管帶黃建勳落水，“左一”魚雷艇駛近相救，拋長繩援之，黃建勳堅決不接受救援，從容死難，艦上官兵也大部壯烈犧牲。（當時有個傳統——人在艦在）
當日第一遊擊隊繞攻北洋艦隊右翼時，本隊也與北洋艦隊主力交相攻擊。日軍艦“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋艦隊截擊。
“定遠”、“來遠”、“經遠”重創日艦“比睿”、“赤城”。“赤城”艦長坂元八太郎陣亡。“西京丸”也受重創。
14時15分左右，日艦隊繞至北洋艦隊背後，與第一遊擊隊形成夾擊之勢。北洋艦隊腹背受敵，隊形更加混亂。在混戰中，北洋艦隊一直衝殺在前的“致遠”艦受到“吉野”、“高千穗”等的集中轟擊，多處受傷，船身傾斜。伊東祐亨令第一遊擊隊救援“赤城”、“比睿。”
三人目睹了19世紀末最大的蒸汽鐵甲艦的海戰。
副手說道:“大人!經遠正在被圍攻，已經開始下沉。”
“定遠起火！鎮遠正在靠近掩護。”
“打了三個小時，敵艦一艘未沉。倭奴全仗着吉野!”鄧管帶惱怒道。“擊沉他！我北洋艦隊即可獲勝！”
“報！我艦隻剩魚雷了！”一炮手回答。
鄧世昌說道:“我艦僅剩魚雷，只有衝上去。”
副手:“我艦已中彈400餘處，距敵過近。敵炮命中率將大幅度提高，大人是不是該向後暫避一下滅火堵漏。”
鄧世昌通過望遠鏡看出遠處的吉野艦炮向四面的清軍戰艦開火。
這時，鄧世昌將頭上的官帽摘下緩緩說道:“掛衝鋒旗。”
“大人，您是說……”副手遲疑。
“掛衝鋒旗！！”鄧世昌大嘯，在周圍炮聲中都能聽到。
“是”副手呆立一瞬向後大喊“掛衝鋒旗！！”
在另一端
“長官！致遠號單艦向我衝來！”吉野號上的副官驚呼。他不敢相信望遠鏡中的一幕——着火破損且艦身傾斜40多度的致遠艦居然向他們衝來。
“這是什麼意思？”吉野號艦長遲疑一會。
吉野號副官“怕…怕是來撞擊我們的。”看着致遠衝過來的越來越近。
“快！全艦炮火齊射攔住他！”吉野艦長立即下令。
“轟！”“轟轟！”“轟！”……吉野號大驚失色，炮彈落在致遠艦周圍爆起陣陣水花。
不久，幾枚炮彈擊中了致遠的炮塔和桅杆，桅杆上那位傳達並升起衝鋒旗的受傷士兵陣亡，旗杆繩子斷開，衝鋒旗緩緩下墜，鄧世昌見狀，一瘸一拐奔到桅杆下，用手拉起斷開的繩子，將衝鋒旗穩定，再緩緩拉起，對於手腳受傷的他來說，升起這面衝鋒旗時有萬斤的重量壓在身上。他一隻手拉住旗繩，一隻手掌舵，繼續衝向吉野。
“弟兄們！我等從軍爲國，今日一死也要撞沉吉野！”
“遵大人命！！”艦上260餘名官兵齊聲迴應。
艦上的方形黃色破損龍旗在海風吹拂下搖曳，260餘命官兵目視前方，不懼一切。
“右滿舵！”吉野艦長命令
“致遠側舷暴露！”副官彙報。
“擊中火力，攻擊致遠。”吉野艦長。
吉野艦邊打邊跑，致遠追隨其後，十幾分鍾後，致遠艦側舷被轟出數個大洞，水密隔倉盡數被毀，致遠艦右側又被魚雷擊中，引起大爆炸。
3時30分，東經123度34分，北緯39度32分，致遠艦在黃海海面上沉沒。全艦官兵除七名遇救外，其餘自鄧世昌以下全部壯烈殉國。（後世有說法說致遠艦衝向吉野號，有可能就是爲了使用魚雷攻擊。也有另外的說法是致遠艦是被日艦火炮擊沉，戰前北洋水師已經把魚雷拋入海中。）
“經遠艦”繼續迎戰“吉野”，遭吉野、浪速、秋津洲、高千穗四艦圍攻，中叢彈起火，全艦奮勇抗禦，經遠全艦將士“發炮以攻敵，激水以救火，依然井井有條”。經遠艦以一敵四，拒戰良久。激戰中，管帶林永升不幸“突中炮彈，腦裂陣亡”，幫帶大副陳榮和二副陳京瑩也先後中炮犧牲。最後在浪速、吉野、秋津洲、高千穗的圍攻下經遠艦中彈累累，不久，“左舷艦首向水中沉下”，在東經123度40分7秒，北緯39度51分海面上，艦首向東，左舷傾覆而沉沒。全艦官兵二百餘人，除十六人遇救外，其餘全部陣亡。
“致遠”沉沒後，“濟遠”管帶方伯謙、“廣甲”管帶吳敬榮，臨陣脫逃（方伯謙等是否臨陣脫逃，有不同看法）。“靖遠”、“來遠”因中彈過多，退出戰鬥，避至大鹿島附近緊急修補損壞的機器。
定遠、鎮遠兩艦浴血奮戰，中彈甚多，幾次起火。
下午3時30分，鎮遠艦的30.5公分大炮連續擊中日本旗艦“松島”號二次。松島後甲板四號炮塔中彈後，火焰引發炸藥，發生了大爆炸。松島船軸傾斜5度，冒起白煙，火災大作。
不久，靖遠、來遠搶修完畢，重新投入戰鬥。日本軍艦赤城、比睿、西京丸負傷，旗艦“松島”情況也不容樂觀，“吉野”、“扶桑”也受了傷，又見北洋艦隊重新集隊，伊東祐亨便於17時40分左右下令撤出戰場。
北洋艦隊稍事追擊，也收隊返回旅順。歷時5個多小時的黃海海戰到此結束。海戰的結果：北洋艦隊損失“致遠”、“經遠”、“超勇”、“揚威”、“廣甲”（“廣甲”逃離戰場後觸礁，幾天後被自毀）5艘軍艦，死傷官兵千餘人；日艦隊“松島”、“吉野”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”5艦受重創，死傷官兵600餘人。此役北洋水師雖損失較大，但並未完全戰敗。然而李鴻章爲保存實力，命令北洋艦隊躲入威海港內，不準巡海迎敵。日方奪取了黃海的制海權。
黃海海戰自1894年9月17日12點50分海戰打響，至下午5點半結束歷時5個多小時，其規模之大，時間之長，爲近代海戰史上遠東戰區所罕見。
“從致遠艦衝向吉野開始，薔薇一直以淚洗面，不知道到後面的1937她會成什麼樣。”蒙易真的擔心她。