海战打响后，日舰第一游击队见北洋舰队来势凶猛，特别是害怕北洋定镇两艘巨舰，所以一面发炮一面加速从定远、镇远二舰前面夺路而行，直扑北洋舰队的薄弱右翼超勇、扬威二舰。
吉野、高千穗、秋津洲和浪速四舰集中火力猛攻，超勇和扬威竭力抗击，日舰多处受伤。但舰龄达十三年以上的超勇、扬威如何抵挡得了日本的第一游击队，下午一时二十分，黄建勋，左翼右营副将，超勇号管带在他指挥下，全舰官兵无不誓死作战，但“超勇”毕竟是舰龄十余年的老舰，终究敌不过日本游击队的四艘主力舰，激战中“超勇”舰中弹甚多，特别是一敌弹击穿舱内，引起大火，刹那间“超勇”全舰被黑烟笼罩，由于“超勇”舰是木质舰身，舱内起火无法施救，不久就右舷倾斜，难以行驶，最终被烈火焚没。黄建勋落水后，附近鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，不就而没，时年43岁。
扬威也受重创，各炮塔已不能转动，在日舰轮番轰击下，不得不驶离战场，但又搁浅。林履中，右翼右营副将，扬威号管带，“扬威”是北洋水师中舰龄较老，作战和防卫能力较弱的老舰，又处于右翼阵脚最外侧。由于北洋水师阵列跨度较大，“定远”、“镇远”的炮火不能支援到两侧阵脚的战舰，于是扬威便遭到日本游击队"吉野"等四舰的猛攻。扬威先后中弹起火，正在此时，济远舰竟然转舵逃跑，撞扬威舵叶，扬威行愈滞，敌弹入机舱，舱内弹炸火起，渐不能支。在此危急时刻，林履中亲率千总三副曾宗巩等发炮攻敌不止。但扬威首尾各炮已不能转动，而敌炮纷至，舰身渐沉于海。林履中登台一望，奋然蹈海，都司帮带大副郑文超和守备二副郑景清同时落水。当时，左一鱼雷艇驶至，投长绳相援，林履中推而不就，随波而没，时年43岁。时人赞他“见危授命，激烈效忠，其所谓临大节而不可夺者”。
在第一游击队开始炮击超勇、扬威的同时，以旗舰松岛为首的日舰本队也到达定远舰的正前方，双方展开了猛烈的炮击。十二时五十三分，松岛的一颗炮弹击中定远的桅杆，打坏定远通讯器，此时刘步蟾在汉纳根的协助下督战，指挥战舰不断变换方位，使日舰不能瞄准定位。
沈寿堃在定远舰督炮击敌，重创日舰“松岛”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”。这时定远305mm口径大炮发射一枚30公斤炮弹，击中日本旗舰松岛右舷下甲板，击毁第四号速射炮及左舷全部炮架，死伤达二十四人。
松岛号舰长尾本知道在司令伊东佑亨的吩咐下，忙令军舰上的军乐队补充已阵亡士兵的位置继续战斗。
由于敌舰攻击北洋旗舰，作为报复北洋水师将士也回过头来攻击日舰旗舰。此时，松岛也成了北洋舰队的炮火集中打击的目标，这时一颗炮弹又击坏松岛的三十二公分主炮塔，松岛见定、镇二舰炮火强大，急忙率本队转舵向左，加速驶避。北洋舰队也全队随之向右转舵，继续以舰首指向日舰。而位于日舰本队后半部的比睿等舰，因速度迟缓，远远落在后面。这样，本队便被拦腰截为两段，形势大为不利。
北洋舰队抓住时机发动猛攻，各舰以右翼炮轰击松岛等前队，又以左翼炮轰击后面的三舰。一点时，松岛的七号炮位被定远击毁，而比睿已被靖远赶上，相距仅七百米。比睿见情势紧急，向右急转弯，试图从靖远和定远之间穿过，与本队会合。然而，比睿立即遭到北洋舰队的包围，炮弹从四面飞来，伤亡严重。靖远叶祖贵见状遂下令停止炮击，携带步枪的突击队排列在甲板上，准备靠近比睿，将其俘虏。然而事与愿违，樱井规矩之舰长在危急中，急令速射炮拼命发射，五分钟内发射了一千五百多发，迫使靖远难以靠近。
沈寿堃见此情形，从右后方发炮轰击。比睿被其三十公分半巨弹击中，下甲板后部全部毁坏，舰上十九人当场炸死。顷刻间，烈火腾空，舰艇失去战斗力。两点钟左右，比睿依靠其速度逃出北洋舰队的炮火网，并挂出‘本舰火灾退出战列’的信号，向南驶离。
位于本队左侧的赤城舰，速度最慢，落在最后。比睿驶离后，赤城孤立无助，完全暴露在北洋舰队左翼的炮火下，中弹累累。定远后部的十五公分炮弹击中赤城舰桥，一号炮手、二号炮手及两名水兵中弹身亡，正在指挥的坂元舰长被弹片击中头部，挂掉后，赤城仍不断中弹，舰上军官几乎非死即伤，失去战斗力，于是转舵向南驶离。来远在后尾追，连连发炮，先击倒桅杆，又中舰桥，代理舰长也受了伤。到下午二点半，赤城如丧家之犬般逃离作战海域。
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