虽然此时第一游击舰队面临着2打3的不利局面，但是坪井航三依然决心一战，自己这边航速全都可以超过19节，并且15门150毫米管退炮在火力上也超过舰艏对敌冲过来的北洋舰艇。
可战可走，坪井航三信心十足，面对气势汹汹冲过来的致远号，和泉、吉野二舰全力攻击，致远号虽然不是历史上那艘2300吨的小型阿姆斯特朗型巡洋舰了，但是面对疾风骤雨般的攻击还是仿佛危如累卵。
致远号的决死冲击没有成功，在舰艏水线部分被日舰炮弹击穿后，舰艏进水导致航速骤减。没有了航速的致远号在侧舷被多处击穿后，最终倾覆沉没，邓世昌拒绝跳海逃生，与舰同沉。
不过致远的冲锋并不是没有任何作用，在与致远号交战之际，第一游击舰队把定镇二舰甩在一旁，定远自救完成后恢复作战能力。
而且致远号沉没后，来远号和广甲号企图逃跑，却被第一游击舰队紧紧咬住，双方一逃一追之间，慢慢拉开了和定镇二舰之间的距离，定远号的左翼暂时安全了。
此时已经绕过桥立号重回队列的高千穗和浪速跟随和泉、浪速开始追击，航速较慢的广甲率先被追上，坪井航三带上航速较快的吉野理都不理广甲，继续去追来远，而广甲则被高千穗和浪速围攻，很快沉没。
就在第一游击舰队拼命抢人头的时候，桦山资纪差点连小命都丢掉了。原来这时平远、广丙、福龙从北洋舰队的右前方赶来支援，呆在联合舰队左外侧的西京丸号首当其冲，成为了最容易攻击的目标，而且平远号和松岛、严岛号一样，都是一门大型主炮安装在舰艏，直接舰艏迎敌就能发挥最强火力，虽然260毫米主炮远不如松岛、严岛的主炮威力巨大，但是就西京丸这由邮轮改装过来的辅助巡洋舰的小身板还是扛不住一炮。
而且西京丸上只有一门120毫米主炮，而且这门主炮现在还故障了，剩下的小口径速射炮只能给对面的北洋水师军舰挠痒痒。原本桦山资纪都准备撤离了，结果对面平远、广丙、福龙就冲过来了。
面对对面冲的最快的福龙号鱼雷艇，桦山资纪眼瞅着实在没有办法了，咬了咬牙，拼了！下令用临时加装的撞角去撞只有115吨的福龙号，结果福龙号在相距40米的地方向西京丸号发射了鱼雷。
看着鱼雷的航迹直扑西京丸而来，桦山资纪心想，完了，西京丸沉定了。西京丸沉了也就算了，毕竟不算什么战力，但是自己在上面啊。军令部部长要是和西京丸号一起完蛋了，那联合舰队还不得乱套？！
不过由于双方距离过近，鱼雷进入水中后深度过深，还没等浮起来就从西京丸的船底穿了过去，然后再另一侧浮了起来。桦山资纪在庆幸之余后怕不已，在战后对伊东祐亨说：“鱼雷冒着气泡钻到船底下真的比什么都可怕。”
连运气都在日本人这边，北洋败的也无话可说了，此时致远、超勇、扬威、广甲被击沉，来远逃跑，屁股后面还跟着坪井航三，估计也凶多吉少，见势不妙，靖远和经远也开始脱离战场。
此时战场上只剩下定远和镇远了，面对联合舰队本队的围攻，两舰危在旦夕，就在这危急时刻，两舰各打出了一次命中，定远号主炮击中了秋津洲号，这一发炮弹砸在了秋津洲的舰桥前方的甲板上，在舰桥内的伊东祐亨在被震得七荤八素之际也后怕不已，要是这枚炮弹落点再往后来个十来米，估计就直接砸在舰桥上了，到时候秋津洲的装甲司令塔能不能防得住都还是个问题。
而镇远则一炮打穿了松岛的舰体侧面，炮弹在松岛号的120毫米速射炮附近爆炸，爆炸引爆了堆放着的炮弹引发连锁爆炸，松岛舰左舷6门120毫米速射炮全部被毁，如果不算那门到现在为止只打出了3发炮弹的320粗又长，实际上松岛号已经没有能够对定镇二舰造成威胁的能力了。
这两发炮弹让整个本队乱成一团，在这种情况下，定镇二舰开始向西北方向撤离。追着来远号跑的坪井航三最终得偿所愿，在追了近一个小时后最终将来远击沉。
这个时候天色已晚，在赤城、比睿号沉没、桥立号装死、西京丸号失联的情况下，伊东祐亨认为在北洋水师有鱼雷艇支援的情况下打夜战太过危险，最终决定收兵。
就这样，大东沟海战结束了。北洋水师致远、来远、超勇、扬威、广甲5艘军舰沉没，定远受伤颇重，其余各舰各有损伤。