戰鬥，首先在雙方的輕巡洋艦與驅逐艦之間展開。
最初，美軍佔有非常明顯的優勢，或者說佔了一些便宜。“淄博”號發現第32艦隊之後沒有撤退，而是留下來繼續跟蹤監視。只是，美軍戰艦上的雷達也很快探測到了這艘輕巡洋艦，隨即戰鬥就打響了。
米切爾沒有讓戰列艦去對付“淄博”號，那等於殺雞用牛刀，根本沒有那個必要。
只是，在兩艘美軍輕巡洋艦的夾擊下，“淄博”號的處境也好不到哪裡去。
不到十分鐘，“淄博”號就被多枚六英寸炮彈擊中，而趕來支援的兩艘驅逐艦也遭到了美艦炮擊。
十六日凌晨零點二十分，在對海搜索雷達被打壞之後，“淄博”號轉向撤退。
巡洋艦之間的夜間炮戰與戰列艦的夜間炮戰不同，受艦體空間限制，當時的輕巡洋艦上都只有對海搜索雷達，而沒有用於炮戰的炮瞄雷達。雖然搜索雷達也能夠提供目標的方位數據，但是精確度遠遠比不上炮瞄雷達。即便巡洋艦主炮的射速較高，在一定的程度上彌補了火控系統精度不足產生的問題，可是要想在遠距離炮戰中打中對手，依然是一件非常困難的事情。
再說了，巡洋艦主炮的威力也不夠大，就算打中對方几次，也很難把敵艦擊沉。
“淄博”號退了下去，戰鬥卻沒有結束。
在“淄博”號堅持的這段時間裡，位於其北面，同樣擔負巡邏警戒任務的“洛陽”號與兩艘驅逐艦趕了過來。
只是，“洛陽”號也得面對兩艘美軍巡洋艦。
戰鬥持續到零點四十分左右，“洛陽”號在中彈近二十次，其中七次是六英寸炮彈的情況下，也不得不轉向撤退。
打到這個時候，美軍的優勢極爲明顯，其兩艘輕巡洋艦根本沒有遭到多大損傷。
只是，美軍的美好時光也到頭了。
零點五十分不到，戰列艦編隊趕到，並且在二萬四千米外，向突前的兩艘輕巡洋艦打出了第一輪齊射。
這個時候，五艘戰列艦並沒有轉向，只能用艦首的兩座炮塔開火。
只是，這也足夠了。
要知道，除了戰列艦之外，沒有任何一種戰艦能夠承受得住三百八十毫米炮彈的直接轟擊，而像輕巡洋艦這類的中型戰艦，只要被一枚三百八十毫米炮彈擊中，且命中部位在艦體上，那就多半會被擊沉。
更要命的是，二萬四千米，超過了六英寸艦炮的最大射程。
也就是說，在捱打的時候，美艦還無法還手。
兩艘輕巡洋艦隻堅持了不到五分鐘，發現苗頭不對之後就轉向撤退了，只是其中一艘沒有能夠逃掉。編號cl50的“海倫娜”號在轉向的時候，正好進入了“山東”號主炮的射擊範圍，被一枚三百八十毫米炮彈擊中艦尾。雖然當時“山東”號使用的是專門用來對付中小型戰艦的半穿甲彈，即引信的延遲時間只有一百毫秒，但是這枚炮彈並沒在“海倫娜”號的艦體內爆炸，而是直接貫穿了整個艦尾，在穿透了艦底之後才引爆。結果就是，“海倫娜”號沒有立即沉沒，卻喪失了航行能力。
這個時候，之前伴隨“洛陽”號作戰的兩艘驅逐艦返身殺了回來。
大約半個小時後，“海倫娜”號被一條驅逐艦發射的重型魚雷擊中，並且在凌晨一點四十分左右沉沒。
“海倫娜”號被擊中，等於給第32艦隊來了個當頭棒喝。
凌晨一點剛過，米切爾就讓艦隊向左轉向，航向調整到了二百二十度，並且讓八艘戰列艦呈縱隊航行。
此時，米切爾的戰列艦在前出的巡洋艦後方大約十五公里處。
第32艦隊轉向之後，立即就被中國戰艦上的雷達探測到了，而且測出了距離。
一點十五分，方誌盛也下達了轉向命令，即五艘排開的戰列艦各自向右轉向，航向爲二百度。
當時，戰列艦編隊的航速在二十節以上。
方誌盛的意圖很明確：依靠速度優勢逐漸逼近第32艦隊，然後在有利的距離上與美軍進行炮戰。
顯然，方誌盛非常清楚該如何擊敗第32艦隊。
如果比拼戰列艦的數量、主炮口徑、主炮的彈藥投擲能力，方誌盛的戰列艦編隊都不如第32艦隊。要知道，美軍有八艘戰列艦，而且其中三艘是配備了十六英寸主炮的“科羅拉多”級，另外五艘也配備了十四英寸艦炮，八艘戰列艦總共有八十四門主炮，一次齊射能投擲近七十噸炮彈。方誌盛的戰列艦編隊只有五艘戰列艦，都配備三百八十毫米主炮，總共只有四十門，一次齊射最多隻能投擲不到四十噸炮彈。如果以彈藥投擲能力計算，戰列艦編隊僅相當於第32艦隊的一半。
戰列艦編隊有兩個優勢，一是速度，二是火控系統。
把這兩個優勢結合起來，戰列艦編隊就擁有取勝的基礎了。
在第一次世界大戰期間，戰列艦的航速都不是很高，除了受動力系統限制之外，還與當時的火控系統有關。即採用傳統的光學測距與瞄準設備，讓戰艦很難在高速航行的時候瞄準敵艦。只要進入戰列交戰狀態，戰艦的航速就得降下來，一般在十六節以內，很少能夠超過二十節。根據德意志第二帝國海軍做的統計，在第一次世界大戰的所有海戰中，戰列艦在航速超過二十節的情況下，主炮命中率連百分之一都不到。問題是，戰艦攜帶的炮彈數量是有限的，即便是注重火力的美軍戰列艦，一門主炮的備彈量也不會超過兩百枚，一般在一百枚左右。這些炮彈中，包括用與對付地面目標的高爆彈、用與對付中小型戰艦的半穿甲彈，並非全部都是穿甲彈。正常情況下，穿甲彈佔的比例在百分之六十到百分之七十之間，即便在執行純粹的制海任務時，也只有百分之八十。如果一門主炮有一百枚炮彈，其中八十枚是穿甲彈，在命中率不到百分之一的情況下，意味着即便打光所有穿甲彈，也不能保證集中敵艦一次。
顯然，這樣的炮戰毫無意義。
受此影響，第一次世界大戰初期的戰列艦都沒有太高的航速，也沒有人認爲戰列艦需要很高的航速。雖然到了大戰後期，以“伊麗莎白女王”級與“拜仁”級爲代表的快速戰列艦問世，但是在炮戰中，這些快速戰列艦的航速也不會高到那裡去，只有在進出戰場的時候才能把航速利用起來。
事實上，美國海軍一直不太重視戰列艦的航速。
如果不是艦隊航母興起，讓戰列艦受到了嚴重的空中威脅，以及需要有戰艦爲艦隊航母護航，美國海軍不見得會建造快速戰列艦。當然，快速戰列艦在兩次世界大戰期間得到各國海軍青睞，也與動力系統的巨大進步有直接關係，即功率強勁的動力系統，可以在把戰列艦的航速提高的同時，不影響其他性能。
直到雷達問世，快速戰列艦纔有了新的發展空間。
當然，這裡說的是用於火控的炮瞄雷達，而不是搜索雷達。
光學測距與瞄準設備，受平臺穩定性的影響非常大，而戰艦在高速航行時，肯定很難保持穩定，也就使光學測距與瞄準設備的測量精度大幅度降低，影響到炮擊命中率。雖然雷達的測量精度也與平臺的穩定性有關，但不是線性關係，而且造成的影響也不是很大，對炮擊命中率的負面影響就不會大到哪裡去。
可以說，正是炮瞄雷達，讓戰列艦具備了在高速航行時進行戰鬥的能力。
幾個月前，德意志第二帝國海軍的兩艘戰列巡洋艦，即“沙恩霍斯特”號與“格奈森瑙”號就是利用炮瞄雷達，在大霧天氣下追擊英國皇家海軍的“英”號航母，並且最終擊沉了這艘航母。
當然，對雷達的作用認識最深刻的還是中國海軍，要不然中國海軍也不會率先裝備以雷達爲核心的火控系統。
只是，雷達能夠把戰列艦的炮擊命中率提高多少，至今都沒有得到實戰證實。
方誌盛也沒有別的選擇，美軍已經殺上門來，而且是去襲擊登陸場，他不可能帶着戰列艦編隊撤走。
三十分鐘後，雙方主力編隊的交戰距離縮短到了二十四公里左右。
根據方誌盛獲得的情報，這是三百八十毫米重型穿甲彈砸穿“新墨西哥”級戰列艦水平裝甲的最遠距離。
一點五十分，在距離又縮短了一公里之後，方誌盛下達了開火命令。
當時，方誌盛要求五艘戰艦瞄準敵人後方的五艘戰列艦。按照他的判斷，米切爾的旗艦肯定是“科羅拉多”號。在美軍的八艘戰列艦中，三艘“科羅拉多”級最強大，而且“科羅拉多”號是按照旗艦建造的，因此米切爾沒有理由選擇其他的戰艦做期間。正常情況下，同級別的戰艦會靠在一起，而不是把幾個級別的戰艦混編到一起。如果旗艦在前方，那麼前三艘肯定是“科羅拉多”級，後面五艘則是兩艘“田納西”級與三艘“新墨西哥”級，而這兩級戰列艦都比“科羅拉多”級差了一些。
顯然，方誌盛想消除戰艦數量上的差距。