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，但是他同樣在冒著隨時會犧牲的危險，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」最終因為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湧入，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，伴隨著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，遠東軍團才開始打撈「北京號」，但「北京號」從此退出遠東海軍戰鬥序列，成為一件藝術品，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，隨著遠東黃海艦隊第五、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」），最後為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，但最後都因為沙俄海軍聯合艦隊，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。