Через некоторое время с броненосца “Цесаревич” на пути была замечены плавающие мины, очевидно набросанные японскими миноносцами. Эскадра, обходя мины, несколько раз меняла курсы. При поворотах корабли закрывали, друг друга, и этим пользовался противник, усиливая огонь. Во втором часу дня, проходя на контркурсе линию русской эскадры, японцы перенесли огонь на наши крейсера, которые по приказу с “Цесаревича” перешли на левую сторону своих броненосцев; туда же ушли и миноносцы.

Адмирал Того после расхождения на контркурсах начал поворачивать, но с выполнением маневра явно запоздал. Эскадра в это время вырвалась вперед, оставив главные силы противника позади. В 13 час. 25 мин. перестрелка прекратилась. Витгефт лег на курс 118° по направлению к Корейскому проливу; ход был увеличен до 14 узлов. В это время 3-й боевой отряд противника, нагоняя, вел бой с концевым кораблем эскадры “Полтавой”, который из-за повреждений в машине отставал; при помощи других броненосцев противник был отогнан. Кроме этой неудачной попытки, ни один из отрядов японского флота не имел намерения подходить к русской эскадре на дистанцию менее чем 70 кабельтовых.

К 13 час. 45 мин. адмирал Того вновь сблизился с русской эскадрой, и бой возобновился, но не надолго; Того снова допустил грубые просчеты в маневрировании и около 14 час. 30 мин. отстал. На этом закончилась первая фаза боя.

Все корабли противника остались в строю, от огня пострадали русские “.Цесаревич” и “Полтава”; у японцев имели существенные повреждения броненосец “Миказа” и броненосный крейсер “Ниссин”. Таким образом в первой фазе боя Того пытался охватить голову русской эскадры. Виттефт контрманеврированием уклонился от боя. Ему удалось сбить расчеты противника и оставить его далеко позади. Русский командующий со всеми своими кораблями прорвался в море. Он мог окончательно оторваться от неприятеля, если бы его эскадра имела хотя бы равный ход по сравнению с противником, но ход был значительно меньше. Того, исправляя свои ошибки, снова нагонял русскую эскадру. После первой фазы боя расположение кораблей в море было следующее: русские в двух кильватерных колоннах уходили по направлению. к Корейскому проливу; главные силы Того — его 1-й боевой отряд догонял русскую эскадру, находясь сзади и справа от нее; к 1-му отряду в это время для его усиления присоединился броненосный крейсер “Якумо” из 13-го боевого отряда, корабли которого шли за кормой русской эскадры; 15-й боевой отряд, усиленный броненосцем “Чин-иен” и крейсером “Идзуми”, шел севернее; 6-й отряд отставал.

Около 15 час. Витгефт запросил у командиров своих кораблей сведения о повреждениях. Ответы были благоприятные; корабли в вооружении существенных потерь и повреждений не имели. Так как адмирал Того имел явное намерение снова вступить в бой, Витгефт со своим штабом провел совещание: как выгоднее вести сражение. Мнение большинства офицеров сводилось к тому, чтобы развернуться и строем фронта уходить, оставляя главные силы противника за собой. При этом варианте японцы теряли свое преимущество в скорости хода и теряли также в силе артиллерийского огня. Витгефт не согласился с этим предложением, решив, пока не наступила темнота, принять кратковременный бой с противником на дальних дистанциях, при этом он полагал, что корабли эскадры не пострадают настолько, чтобы не дойти до Владивостока. После наступления темноты Витгефт предполагал оторваться от неприятеля и выполнить поставленную перед ним боевую задачу. Следовательно, Витгефт не предпринял ничего, что могло бы задержать японцев и затруднить им погоню, а такая возможность была: адмирал имел в своем распоряжении семь миноносцев, которые можно было использовать для атаки главных сил противника.

Перед началом второй фазы боя командующий передал семафором до линии, чтобы эскадра вела огонь по головному кораблю противника, а с заходом солнца следила за “Цесаревичем”.

Вторая фаза боя началась в 16 час. 45 мин. при расстоянии между противниками, равном 45 кабельтовым. Японские главные силы находились на правом траверзе; головным шел “Миказа”, затем “Асахи”, “Фуджи”, “Шикишима”, “Кассута”, “Ниссин” и “Якумо”. В строю русских изменений не произошло. Первым открыл огонь немного отставший от эскадры броненосец “Полтава”. Остальные корабли последовательно вступали в бой, стреляя по флагманскому броненосду противника. “Миказа”, получивший в начале боя несколько прямых попаданий, отвернул, но, оправившись от удара, вновь лег на прежний курс. Броненосцы . и броненосные крейсера неприятеля вели огонь главным образом по “Цесаревичу”, стараясь вывести его из строя и нарушить управление эскадрой.

В ходе боя “Цесаревич” получил несколько попадании. Для того чтобы выйти из-под огня противника, улучшить условия стрельбы для своих кораблей и не дать возможности врагу охватить голову эскадры, Витгефт приказал повернуть на два румба влево и увеличить ход до 15 узлов. “Севастополь” и “Полтава” сразу же начали отстаивать, и ход . снова пришлось уменьшить.

Во время маневрирования Виттефту представлялась возможность послать в атаку миноносцы, но по неизвестной причине командующий этого не сделал. Он находился на нижнем мостике “Цесаревича” и безучастно наблюдал за ходом боя. На неоднократные советы окружающих - уйти в боевую рубку адмирал не обращал внимания.

В начале шестого часа мостик, где находился командующий и некоторые офицеры его штаба, заволокло дымом: крупнокалиберный снаряд противника разорвался в середине фок-мачты. Витгефт был разорван (тело его не нашли); погибли флагманский штурман лейтенант Азарьев, флаг-офицер мичман Эллис и несколько матросов; большая часть офицеров, в том числе и начальник штаба контр-адмирал Матусевич, были тяжело ранены.

Эскадру повел командир “Цесаревича” капитан 1 ранга Иванов, умышленно не подавая сигнала о гибели командующего, чтобы не вызвать в разгаре сражения растерянности среди офицеров эскадры.

В 17 час. 45 мин. осколки второго тяжелого снаряда вывели из строя находившихся в рубке офицеров и матросов. Взрывом был поврежден рулевой привод и все приборы управления броненосцем и артиллерийским огнем. В момент взрыва руль корабля был положен влево и остался в этом положении; броненосец, потерявший управление, начал описывать циркуляцию. Сигнала о том, что он вышел из строя, подать было некому. Командиры следовавших за “Цесаревичем” “Ретвизана” и “Победы”, не зная о случившемся на флагманском корабле, решили, что адмирал, маневрируя, ложится на новый курс, и пошли вслед за ним. Но после того как “Цесаревич” описал почти что полную циркуляцию, стало ясно, что он неуправляем. Строй эскадры был нарушен. Японцы усилили огонь.

Командир “Ретвизана” капитан 1 ранга Щенснович, чтобы помочь эскадре восстановить боевой порядок, повернул на неприятеля с намерением таранить один из его кораблей. Японцы сосредоточили по броненосцу сильный огонь. “Ретвизан”, стреляя, шел полным ходом; на мгновенье он закрывался всплесками воды и дымом от разрывавшихся снарядов, и тогда казалось, что броненосец тонет. Когда до противника осталось не более 17 каб., на “Миказе” от попадания снаряда поднялся черный столб дыма и окутал всю его переднюю часть.