整個海戰已經開始，坐鎮第一戰鬥分隊旗艦“北京號”的黃海艦隊中將指揮官黃海濤自然不會讓自己休閒下來，黃海艦隊第一分艦隊配備有6艘14000噸黃河級戰列艦，雖然黃河級是遠東海軍第一代戰列艦，可是無論是從火力還是航速，還是可以和沙俄海軍聯合艦隊的戰列艦，打個平手，於是黃海濤當機立斷命令“哈爾濱號”、“瀋陽號”、“長春號”三艘戰列艦與“石家莊號”、“呼和浩特號”、“烏魯木齊號”組成兩把尖刀，而他坐鎮的“北京號”毫不猶豫的升起了帥旗。
海戰中帥旗自然就是代表，整個艦隊靈魂人物所處的位置，但同樣也是敵人主要攻擊的目標，所以，在“北京號”升起帥旗以後，沙俄海軍聯合艦隊第一分艦隊和第三分艦隊，前來包抄黃海艦隊第一艦隊。
沙俄海軍聯合艦隊第一、三兩支分艦隊，分別有兩艘21000噸級中戰列艦“亞歷山大三世”和“尼古拉一世號”，但黃海濤這步險棋目標並不是這兩艘旗艦，而是沙俄海軍第三分隊的四艘老式13000噸級鐵甲戰列艦，“海軍上將烏沙科夫號”、“海軍上將謝尼亞文號”、“海軍上將阿普拉克辛號”、“海軍上將阿芙樂爾號”。
6艘黃河級戰列艦“哈爾濱號”、“瀋陽號”、“長春號”、“石家莊號”、“呼和浩特號”、“烏魯木齊號”在黃海濤的命令下，組成兩把尖刀，分別攻擊沙俄海軍第三分隊的四艘老式戰列艦。
黃海濤這樣做的目的很明顯，他是在給隊友們提供機會和時間，但是他同樣在冒着隨時會犧牲的危險，但他毅然決然選擇繼續走下去。
果然，在黃海濤親自指揮的“北京號”以一敵五的過程中，黃海艦隊第一分艦隊六艘黃河級戰列艦，成功包抄沙俄海軍第三分隊的四艘老式戰列艦，持續一個小時的炮戰，黃海艦隊六艘戰艦集中火力轟擊，給沙俄海軍四艘老式戰列艦帶去了重創，不久以後，以一敵五的“北京號”最終因爲其艦艏吃水線附近被沙俄海軍“博羅季諾號”一發穿甲彈擊中。
撕開的裂口，導致大量海水的不斷涌入，最後“北京號”艦艏開始緩緩下沉，於是黃海濤立即命令“北京號”退出戰鬥，黃海艦隊指揮權移交給各分艦隊長，繼續跟進之前的作戰計劃，進行戰鬥。
海戰依然在進行之中，時間一點點來到下午5時30分左右，伴隨着沙俄海軍聯合艦隊第三分隊的四艘老式戰列艦沉沒，遠東海軍黃海艦隊第一分艦隊立即轉戰沙俄海軍第一分艦隊，在搶救及時的情況下，“北京號”全艦900名官兵全部倖存，但北京號最後沉沒，直至遠東地區最後一次海戰結束，遠東軍團纔開始打撈“北京號”，但“北京號”從此退出遠東海軍戰鬥序列，成爲一件藝術品，安置在吊魚島供後人參觀。
此時，沙俄海軍聯合艦隊，第三分隊已經全軍覆沒，只有旗艦合併進了第一分艦隊，於是在沙俄海軍羅日傑斯中將的指揮下，繼續與遠東黃海艦隊戰鬥，兩艘中型戰列艦，四艘16000噸級主力鐵甲戰艦，“蘇沃羅夫公爵號”、“博羅季諾號”、“老鷹抓小雞號”、“奧斯利亞比亞號”。
遠東黃海艦隊第一分艦隊，6艘黃河級戰列艦“哈爾濱號”、“瀋陽號”、“長春號”、“石家莊號”、“呼和浩特號”、“烏魯木齊號”此時已經組成一把尖刀，將所有的攻擊灑向首個目標“奧斯利亞比亞號”。
五分鐘，短短五分鐘以後，“奧斯利亞比亞號”就起火下沉，時間悄悄來到下午6時左右，此時沙俄海軍聯合艦隊的敗局已定，原本計劃攻擊海參崴的航道已被遠東海軍全面封鎖，由於雙方艦隊在煙霧中經常失去接觸，航線也變得十分混亂，混戰此時已經開始。
6時15分，天色已經開始暗淡，隨着遠東黃海艦隊第五、六戰隊從殲滅沙俄海軍補給艦隊的戰鬥中抽出，在加入戰鬥以後不久，就擊沉沙俄海軍巡洋艦“斯維特拉娜號”，而另一艘舊式重巡洋艦“頓斯科伊號”，雖然採取頑強地抵抗，可是再被遠東黃海艦隊6艘驅逐艦的圍攻下，只是擊傷了其中的兩艘（“天門號”、“九華山號”），最後爲避免被俘沙俄海軍船員自行鑿沉。
而沙俄海軍“奧列格號”、“阿芙樂爾號”突圍不成，最後一直南下，企圖逃往菲律賓進入太平洋海域，但卻被遠東南海艦隊俘獲。
遠東黃海艦隊與沙俄海軍聯合艦隊，雙方的所有主力戰艦在6時15分、6時55分曾兩次相遇，但最後都因爲沙俄海軍聯合艦隊，多艘戰艦受有重創，無法在繼續發起有力的攻擊，結果又有3艘戰列艦相繼被遠東海軍戰艦擊沉。
時間進行至晚7時左右，最後被遠東海軍戰艦打得千瘡百孔的中型戰列艦“亞歷山大三世號”旗艦，最後沉沒，不到10分鐘以後，“博羅季諾號”戰列艦的彈藥庫被遠東海軍戰列艦“天津號”擊中，彈藥庫直接被摧毀，並引起了連續鍋爐爆炸，最後當即下沉，全艦僅1人獲救。
依然在海上漂浮的沙俄分艦隊旗艦“蘇沃羅夫公爵號”依然採取炮擊還擊，最後在沙俄海軍驅逐艦“狂暴號”的冒險靠近下，救走了旗艦上所有的傷員，其中包括分艦隊司令特文斯基。
7時10分，黃海艦隊五艘驅逐艦，“瑞安號”、“樂清號”、“慈溪號”、“宜昌號”、“十堰號”，包圍“蘇沃羅夫公爵號”戰列艦，最終全艦倖存220人餘人投降。
時間至晚7時35分左右，遠東黃海艦隊所有大型戰艦開始撤出戰場，黃海艦隊魚雷艇和驅逐艦繼續發起夜間攻擊，至此白天的全部戰鬥告一段落。
當天夜晚的7時30分至次日凌晨5時，遠東黃海艦隊23艘驅逐艦、38艘魚雷艇、22艘攻擊潛艇，先後向殘餘的沙俄海軍聯合艦隊發起魚雷攻擊，因沙俄海軍聯合艦隊的第二分隊從來沒有接受過反魚雷訓練，因而第二分艦隊全部被擊沉。