海戰經過
1894年9月15日，北洋水師主力在丁汝昌率領下到達大連灣，護送陸軍劉盛休部12營6000餘人搭乘的“新裕”“圖南”“鎮東”“利運”“海定”5艘運兵船。
1894年9月16日，北洋水師抵達鴨綠江口的大東溝。部分艦艇擔任警戒，其餘10艘主力艦在口外12海里的大鹿島東南下錨。
1894年9月17日8時，運兵船卸載完畢。9時，北洋水師艦隊起航“巳時操”。
10時23分，聯合艦隊第一遊擊隊發現因使用劣質煤而冒出大量黑煤煙的北洋水師。發出信號“東北方向發現三艘以上敵艦”。
11時30分，北洋水師鎮遠艦桅樓上的哨兵發現日本艦隊。
12時05分，聯合艦隊第一遊擊隊在先，以吉野號爲首，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。但北洋艦隊初衷是排成緊湊的夾縫雁行陣，而實際則排成鬆散橫陣，類似“人”字形。原因有三種猜測，一種是北洋海軍各艦傳令兵傳遞命令發生錯誤;一種是部分北洋海軍將領怯戰而縮於陣後;而最接近事實的猜測是，計劃位於陣型兩翼的戰艦(濟遠，廣甲，超勇，揚威)基本爲航速緩慢的老艦，卻需要航行最遠距離達到兩側。在沒來記得完成陣型部署的情況下，戰鬥已經打響。
鴨綠江口外海，大鹿島海域，集中了兩國幾乎全部主力艦艇。
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。
12時53分，聯合艦隊旗艦鬆島開始發炮還擊。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身負重傷。
從此時起，北洋水師各艦除能隨定遠進退之外，已經失去了指揮。
13時左右，第一遊擊隊炮擊北洋水師右翼超勇、揚威兩艦。
13時20分，北洋水師超勇、揚威起火。聯合艦隊本隊航速較慢的比睿、扶桑、赤城成爲北洋水師的打擊目標。比睿、赤城受重傷。第一遊擊隊左轉，回救兩艦。本隊右轉，形成夾擊陣勢。
14時20分，日艦西京丸中彈起火退出戰場。北洋水師超勇沉沒，揚威重傷駛離戰場擱淺(有記載被濟遠撞沉於淺海)。
14時30分，北洋水師平遠號命中日艦鬆島(法制的日本戰艦鬆島號，在中日甲午戰爭中是日本聯合艦隊的旗艦)，也被其所傷並引起火災，暫時退避。
15時04分，北洋水師旗艦定遠中彈起火。
15時20分，第一遊擊隊集中打擊北洋水師突前的致遠號。致遠號(管帶鄧世昌)沉沒。濟遠、廣甲在致遠沉沒後，徑直駛回旅順(廣甲在途中觸礁擱淺，之後丁汝昌先後派遣濟遠號、金龍號拖船前往牽引，均未成功，於是就地將其炸燬)。北洋水師已無法保持戰鬥隊形。
15時30分，聯合艦隊旗艦鬆島被擊中，並引起堆積在甲板上的彈藥爆炸。
16時10分，北洋水師靖遠、來遠受傷，退向大鹿島。聯合艦隊旗艦鬆島發出了“各艦隨意運動”信號。
17時左右，北洋水師靖遠、來遠經搶修恢復戰鬥力。靖遠代替旗艦升起隊旗，收攏各艦。
17時30分，北洋水師經遠(管帶林永升)沉沒。聯合艦隊發出“停止戰鬥”的信號，脫離戰鬥。(海戰結束)
詳細過程
第一階段
自午後12時50分至14時許，爲黃海海戰的第一階段。
當雙方艦隊進至相距約三千米時，日本第一遊擊隊四艦，一面以猛烈炮火射擊，一面加快速度，橫越北洋艦隊陣前，左轉舵，改道飛馳，繞攻北洋艦隊右翼之超勇、揚威二弱艦。超勇、揚威均爲1881年(光緒七年)下水的陳舊兵艦，艦齡已達十三年。且“艦中隔壁，俱爲木造，施以油漆，粉飾外觀”。實際上，老朽陳舊，速度遲緩，炮火不濟，防禦力極弱。二艦雖竭力抵抗，但在敵人四艘快速巡洋艦的一舷齊射的優勢火力攻擊下，終於中彈起火。同時，日艦發射的第一批排炮，將北洋艦隊旗艦定遠望臺擊毀。正在望臺上督戰的提督丁汝昌“右邊頭西以及頸項皆被燒傷”，不能指揮戰事。接着，日艦排炮又將帥旗打落，信號索具也被摧毀。信旗無由發出，艦隊失去指揮和聯絡。
但是，當日本第一遊擊隊繞過北洋艦隊陣前，環攻右翼超勇、揚威時，其本隊六艦恰好駛至北洋艦隊犄角雁行陣"人"字形的前方。北洋艦隊各艦艦首恰恰指向敵艦船腹。於是，北洋艦隊各艦以艦首主炮猛烈轟擊敵本隊六艦。比睿、扶桑、西京丸號、赤城等後續諸艦，因速度遲緩，落於後方，被北洋艦隊“人”字形陣尖將日本本隊六艦組成之單縱陣攔腰截斷，分割爲二，這時，定遠、鎮遠及右翼各艦發右舷炮火猛轟敵艦鬆島、千代田、嚴島、橋立;左翼之致遠、靖遠等艦則發左舷炮火截擊比睿、赤城等後續各艦。在北洋艦隊的猛烈炮火轟擊下，比睿、赤城等“不能航行，終成孤軍”，遭到北洋艦隊的痛擊。比睿被打得走投無路，冒險闖入北洋艦隊陣中，企圖“在離定遠和靖遠之間五百米的間隙中穿過”。取捷徑與本隊會合。結果陷入定遠、鎮遠、廣甲、濟遠等艦的包圍之中，“受到四面猛烈轟擊，以至艦體、帆檣、索具幾無完膚。懸掛在檣頭的軍旗亦被擊碎”。接着，又被定遠三十公分半巨炮擊中右舷。炮彈在後檣中爆炸，破壞下甲板，引起大火。自三宅大軍醫以下官兵“十數人被擊成碎粉而死”。“海軍大尉高島萬太郎、海軍少尉田中行尚，同小川水路及士卒三十二人負傷”。北洋艦隊各艦又“以水準射擊迎之，頃刻之間該艦後部艙面已起火災，噴出濃煙，甚高甚烈”。在熊熊烈火中狼狽逃出重圍。
比睿逃出包圍後，北洋艦隊左翼各艦又以八百米的近距離猛轟赤城。擊斃少尉候補生橋口戶次郎，打傷海軍大尉佐佐木廣勝。1時25分，北洋艦隊旗艦定遠後部十五公分克虜伯炮，再次擊中赤城艦橋右側速射炮炮楯，打死炮手二名。“彈片打穿正在觀看海圖之板元艦長頭部。鮮血及腦漿濺在海圖臺上，染紅了羅盤針”，當時斃命。
不久，赤城又被來遠擊中一炮，打傷臨時代理艦長的航海長佐藤鐵太郎(阪元死，佐藤任代理艦長)。前部下甲板亦被擊壞。“火藥庫防火隊員、唧筒炮員、捕索員等死傷甚多，蒸汽管亦破裂”。接着數彈飛來，又將大檣轟倒。前後總共被打死十一人，打傷二十人。艦上軍官幾乎全被擊斃。
除比睿、赤城外，其他艦隻在北洋艦隊的猛烈炮火射擊下，也受到嚴重損失。1時8分，吉野中炮，“打死海軍少尉淺尾重行及水兵一名，傷九名並引起火災”。同一時間，浪速中彈，右舷“一號炮臺下水線部被打穿，海水翻騰，浸入甲板”。1時9分，高千穗右舷後部水線處中彈，打死打傷士兵二名。與此同時，秋津洲被二十一公分炮彈擊中，“打死海軍大尉永田廉平以下五人，打傷九人”。1時14分，定遠所發炮彈，打穿西京丸上甲板，軍官室及附近房間被破壞。
從上述戰況可以看出，海戰第一階段的基本形勢是：北洋艦隊以兩鐵甲居中成犄角雁行陣應敵，列弱艦於右翼，遭受日本第一遊擊隊的圍攻而蒙受損失。日本艦隊拋弱艦於後的魚貫縱陣，受到北洋艦隊主力艦的截擊而遭沉重打擊。雙方都在以己之長，攻敵之短，爭取戰爭的主動權。攻擊的目標是敵方的弱艦。在此階段，雖互有損傷，勝負末見，但北洋艦隊仍“維持鱗次陣形，保持艦與艦間隔距離，以六浬速力整然航駛”。而日艦本隊的魚貫縱陣則已被打亂。海戰第一階段，北洋艦隊佔上風，日本艦隊處境不利。
第二階段
自午後14時至15時30分爲海戰第二階段。
當日艦比睿逃出北洋艦隊包圍，抄近路追及本隊時，因艦上餘燼末熄，火災再起。大火燃及彈藥房，十分危急。比睿被迫掛出“本艦火災，退出戰列”信號，離隊向西南方逃去。赤城見狀，急往營救。北洋艦隊來遠等數艦見比睿逃走，立即鼓輪奮勇追擊。當距比睿三百米左右，比睿發炮擊中來遠甲板，引起火災。其他各艦減速至來遠周圍施救。比睿、赤城乘機猛逃，距離逐漸拉長至八、九百米。此時，在附近行駛的西京丸見狀大驚，急忙發出“比睿、赤城危險”信號，召喚其他日艦前來救援。
這時(2時5分)，第一遊擊隊已通過北洋艦隊右翼，正擬轉入北洋艦隊背後，伊東祐亨急忙發出信號，命令第一遊擊隊回救比睿、赤城。第一遊擊隊奉召立即向左轉舵回駛，以高速向比睿、赤城與北洋艦隊之間運動，用左舷炮火射擊，且擊且進。赤城、比睿得救，乘機逃離戰場。
此時，原停在大東溝口外的平遠號防禦鐵甲艦、廣丙及魚雷艇，應召前來助戰。駛到北洋艦隊右翼後方，適與日本本隊相遇，各艦立即向日艦發起攻擊。2時34分，“平遠發射二十六公分炮彈一發，命中鬆島左舷軍官室，貫穿魚雷用具室。打死左舷魚雷發射員四名”。3時10分又中一炮，炮彈“打穿左舷中央魚雷室上部，在大檣下部爆炸。打死左舷魚雷發射員二名”。3時15分，嚴島又被平遠擊中兩炮。但同時平遠亦被日艦擊中起火，被迫退出戰場。這時，日艦本隊已駛過北洋艦隊右翼，繼續向右轉舵，繞至北洋艦隊背後，恰好與第一遊擊隊形成對北洋艦隊夾擊之勢。於是，日本艦隊處境開始轉向上風，北洋艦隊因被包圍，處於內線作戰，腹背受敵，轉趨不利地位。
北洋艦隊雖腹背受敵，形勢不利，但廣大官兵毫不畏縮氣餒，反而“愈戰愈奮，始終不懈”。提督丁汝昌身受重傷，不下火線，置個人生命安危於不顧，裹傷後，坐於甲板上鼓舞士氣，“激勵將士，同心效命”。右翼總兵定遠管帶劉步蟾於丁汝昌負傷後，“代爲督戰，指揮進退”，尤爲出力。廣大士兵頑強奮戰，不怕犧牲的愛國主義精神更爲感人。就連親身參加海戰的定遠副管駕英人泰萊也承認：“衆士兵均獰厲振奮，毫無恐懼之態。當予巡視時，一兵負重傷，同侶囑其入內修養;及予重至此炮座，見彼雖已殘廢，仍裹創工作如常"。超勇、揚威雖被日本第一遊擊隊擊中起火，但並未停止戰鬥。官兵們一面救火，一面抗擊。”特別是超勇艦體雖已左右傾斜，然猶以前部炮火發射不停。當比睿冒險闖入北洋艦隊陣中，企圖抄近路與本隊會合時，適與超勇相遇。超勇在烈焰升騰中也不肯放過敵艦。一面救火，一面向比睿發炮轟擊，表現了同敵人血戰到底的英雄氣概。之後，敵艦本隊繞至北洋艦隊陣後，聚攻超勇。超勇孤立無援，2時23分，終於在敵艦炮火叢集下，於東經123度32分1秒，北緯39度35分海面沉沒。管帶黃建勳落水，“左一”魚雷艇駛近相救，拋長繩援之，黃不就，從容死難，艦上士兵也大部壯烈犧牲。
致遠號官兵奮勇殺敵，視死如歸的英雄氣概，尤爲可欽可佩，可歌可泣。在管帶鄧世昌指揮下，致遠號縱橫海上，與敵奮戰，中彈累累，受傷欹側。在激烈的戰鬥中，炮彈垂盡。這時，恰與日艦吉野相遇。鄧世昌見吉野恃其船捷炮利，橫行無忌，氣憤地對大副陳金揆說：“倭艦專恃吉野，苟沉是船，則我軍可以集事。企圖衝擊敵陣發動衝角戰術及魚雷攻擊。
保全軍之勝利。陳金揆深爲感奮，遂鼓快車向吉野猛力衝突。日本官兵見狀大驚失色，集中炮火向“致遠”射擊，“致遠”艦右側魚雷發射管被擊中，引起大爆炸，3時30分，以右舷傾斜，在東經123度34分，北緯39度32分的黃海海面上沉沒。全艦官兵除七名遇救外，全部壯烈殉國。(此說法目前最接近事實，致遠艦衝向吉野號，有可能就是爲了使用魚雷攻擊，雖然北洋艦隊戰前已將魚雷拋入海中，但據說鄧世昌爲了有更多武器攻敵，所以沒有執行此操作。此外還有兩種說法，一種是致遠艦被吉野艦發射魚雷擊沉，但由於戰前日艦已將魚雷拋入海，所以此說法存在疑點。另一種是致遠艦水線附近被日艦大口徑火炮擊穿進水沉沒。)
鄧世昌墜海後，隨從劉忠跳入海中以救生圈援救，使之浮出水面。鄧世昌以“闔船俱沒，義不獨生”，仍復奮擲自沉。鄧世昌平時蓄一愛犬，遊至身邊，以口銜世昌臂，使之不沉。世昌揮之不去，並以口銜其髮辮。鄧世昌抱決與全艦將士同生死、共存亡的決心捺犬首於水，自己也沉沒於洶涌的波濤之中，犧牲時年僅四十五歲。
致遠沉落後，在致遠附近的濟遠見狀立即逃離戰場，途中誤撞揚威。“揚威先已擱淺，不能轉動，濟遠撞之，裂一大穴，水漸汩汩而入”。不久在東經123度40分9秒，北緯39度39分3秒的黃海海面上沉沒。管帶林履中憤而蹈海死。艦上官兵除被左一魚雷艇救出六十五人外，均壯烈犧牲。海戰後不久，軍機處電寄李鴻章諭旨：“本月十八日開戰時，自致遠衝鋒擊沉後，濟遠管帶副將方伯謙首先逃走，致將船伍牽亂，實屬臨陣退縮，著即行正法”。9月29日凌晨5時，方伯謙在旅順黃金山下大船塢西面的刑場上被斬首。
廣甲與濟遠編爲一隊，廣甲管帶吳敬榮見濟遠撤退，以爲有例可援，隨之逃跑。，因懼敵艦追及，慌不擇路，逃至大連灣三山島外觸礁擱淺。吳敬榮率衆縱火棄艦，登岸逃命。海戰後第二天，北洋艦隊派濟遠擬將廣甲拖回港內，猛拖不起，此時數艘日艦至，濟遠急退回大連灣，廣甲被日艦發炮擊碎。
日本第一遊擊隊見濟遠、廣甲撤走，曾奮力追擊。但因相距太遠，追之不及，遂折回集中火力圍攻位於北洋艦隊右翼陣腳之經遠。“先以魚雷，繼以叢彈”。經遠中彈起火。管帶林永升臨危不俱，指揮全艦，奮勇抗禦，“發炮以攻敵，激水以救火，依然井井有條”。以一抵四，拒戰良久。突然，忽來敵炮，擊中經遠。林永升中炮，頭裂犧牲。經遠“火勢愈烈，煙焰焦天，俄爾艦體逐漸向左舷傾斜”。不久，“左舷艦首向水中沉下”。在艦體己下沉的危急關頭，經遠官兵仍繼續沉着應戰，一直堅持到最後。4時40分，終於在東經123度40分7秒，北緯39度51分海面上，艦首向東，左舷傾覆，最後在莊河黑島南老人石海礁附近沉沒。全艦除 16人獲救外，近200人殉國。
在海戰第二階段，北洋艦隊的超勇、揚威、致遠、經遠先後沉沒，濟遠、廣甲相繼遁逃，共失去六艦，戰鬥力大減。由於致遠、經遠、濟遠等主要艦隻的損失和遁逃，北洋艦隊已無力主動向敵人進攻，不得不由第一階段的進攻轉爲防禦，由優勢變爲劣勢。處境不利。日本方面雖然比睿、赤城、西京丸三艦有的退出有的失去戰鬥力，但這三艦均系弱艦，下僅對艦隊戰鬥力影響不大，反而由於三弱艦退出戰場，使日本艦隊無需再分散力量保護弱艦。實際上是減輕了負擔，得以輕裝上陣。這樣，日本由第一階段的劣勢轉爲優勢，戰局的發展變得對日本有利。
最後階段
自午後15時至17時30分爲黃海海戰的最後階段。
由於北洋艦隊先後失去六艦，因而在最後階段的海戰戰場上，堅持戰鬥的只有定遠、鎮遠、來遠、靖遠四艦。日本則尚有吉野、高千穗、秋津洲;浪速、鬆島、千代田、嚴島、橋立、扶桑等九艦。雙方軍艦數量對比爲四比九;噸數對比爲一萬九千八百七十噸比三萬三千八百三十四噸。日本艦隊力量超過北洋艦隊一倍以上。北洋艦隊處境十分因難。但是，定遠、鎮遠等四艦全體愛國官兵，面對優勢敵人，毫無懼色。他們堅持戰鬥，力挽危局，誓與敵人血戰到底。
定遠、鎮遠雖被敵艦五艘團團包圍，並無懼色，它們“誓死抵禦，不稍退避”。定遠艦管帶劉步蟾表現尤爲出色，“作戰果敢，指揮靈活。行船時刻變換，敵炮不能取準”。鎮遠管帶林泰曾、大副楊用霖指揮鎮遠艦“奮擊突進，操縱自在”，始終與定遠保持着互相依恃的犄角駢列陣形，與敵軍五艦周旋，在林泰曾、楊用霖指揮下，鎮遠“開炮極爲靈捷，標下各弁兵亦皆恪遵號令，雖日彈所至，火勢東奔西竄，而施救得力，一一熄滅”。在艱苦的戰鬥中，涌現出許多英雄人物和感人事蹟。據在鎮遠參加戰鬥的洋員美國人馬吉芬記載：鎮遠“十二吋巨炮炮手某，正於瞄準之際，忽來敵彈一發，炮手頭顱，逐爲之掠奪爆碎，頭骨片片飛揚，波及附近炮員，而(其他)炮手等毫無驚懼，即將炮手屍體移開，另以一人處補照準，賡續射擊。鎮遠炮術長幼弟某，來艦訪兄，因戰機迫切，未即離艦，遂應兄勸，配備於露炮塔上服務，熱心勇猛，毫無懼色。戰鬥中，炮術長身負重傷，扶入艙中，弟向乃兄略事安慰，仍歸原處服務。是役，該炮塔人員，除乃弟外，無不傷亡”。就這樣，定遠、鎮遠在敵強我弱的極困難條件下，繼續“與倭各艦相搏，歷一時許，巨炮均經受傷。定遠只有三炮，鎮遠只有兩炮，尚能施放”。同時“火焚數次”，但廣大愛國官兵一面救火，一面抵敵，始終不懈。
北洋艦隊方面，此時“靖遠、來遠修竣歸隊，平遠、廣丙、魚雷各艇亦俱折回”。靖遠號管帶葉祖珪，幫帶劉冠雄知定遠桅樓被毀，無從指揮，遂主動代替旗艦定遠升旗集隊。諸艦畢集，軍威重振。集合後定、鎮、靖、來、平、丙六艦相距各八、九米，魚貫東行"尾追敵艦十餘里，準備與敵再戰。但時已日夕，暮色蒼茫。日本艦隊懼怕定遠、鎮遠諸艦會合魚雷艇進行襲擊，不敢再戰。開足馬力“向西南一帶飛駛遁去”，瞬息已遠。北洋艦隊也收隊駛回旅順。至此，歷時五小時的激烈海戰，宣告結束。
海戰結果
黃海海戰歷時5個多小時，北洋水師損失致遠、經遠、超勇、揚威、廣甲5艘軍艦，來遠受重傷，死傷官兵約800人;日本艦隊鬆島、吉野、比睿、赤城、西京丸5艦受重傷，傷亡239人。
黃海海戰以後，北洋水師退回旅順、威海，“避戰保船”不再出戰，日本海軍掌握了黃海制海權。
