位于本队左侧的大岛舰，速度更为迟缓，落在最后。天龙舰驶离后，大岛孤立无助，完全暴露在北洋舰队左翼的炮火下，中弹累累。一时二十分，定远后部的十五公分炮弹击中大岛舰桥，一号炮手、二号炮手及两名水兵中弹身亡，正在看海图的坂元舰长被弹片击中头部，鲜血染红了海图。坂元死后，大岛仍不断中弹，舰上军官几乎非死即伤，势难支持，便也打出白棋，向我军投降。
下午二时半，镇倭舰和镇夷舰、镇东舰、镇西舰、安东舰、威海舰、营口舰七舰消除了鱼雷艇的缠扰，冲了上来，千代田的右舷随即暴露在北洋舰队前方，立即遭到北洋舰队各舰炮火的猛烈轰击。其舵机遭到损坏，只能靠人力舵勉强航行。不久，右舷又中一弹，立即出现裂缝，渗进海水。二时五十五分，镇倭舰见千代田受伤，便施放鱼雷。因两舰距离很近，千代田已躲避不及，当场爆炸沉没。
安东、威海、营口又转而攻击日舰本队。当安东舰驶近金刚二千二百米时，突然发射二十六公分炮弹，击中金刚的中央水雷室，四名鱼雷发射手中弹身亡。金刚也发炮还击，炸毁了安东的二十六公分主炮，并引起火灾。安东见其势不敌，转舵撤出，致远舰邓世昌舰长立刻指挥致远猛轰金刚，逼得金刚挂出白旗，撤到我舰左侧。
此时，日舰已经损失了9舰，联合舰队司令伊东佑亨见日舰已经处于绝对劣势，忙以本队集中对付已经离开本队的定远和镇远，第一游击队则合力进攻在定远和镇远右侧的靖远和来远。其意在使北洋舰队彼此不能相顾，争取先击沉较弱的靖远和来远，然后全军围攻两艘巨舰。靖远和来远在四舰围攻下，临时结成一队，以寡敌众，苦战多时。不久，来远中弹二百多颗，靖远也中弹一百多，二舰遂相随冲出重围，西驶至一海岛附近，占据有利地形，背靠浅滩，用舰首重炮对敌。日本第一游击队赶来后，因失地利，不敢靠近，只能远远发炮，失去四面围攻的优势。二舰趁机抓紧时间灭火修补。
在原作战海域，定远、镇远是当时世界各国海军中罕见的铁甲巨舰，日军必欲将之击毁以全其功。是时，在日军榴霰弹的倾注下，二舰再三引起火灾。定远甲板部位起火，烈焰汹腾，几乎延烧全舰。镇远前甲板几乎形成绝命大火，将领集合士兵灭火，虽弹丸如雨，仍欣然从事，在九死一生中毅然将火扑灭。此时，我舰队已经成合围之势，联合舰队司令伊东佑亨感到不妙，慌忙下令撤出战斗继续向南逃蹿，三时半，当定远与日舰桥立相距二千米时，定远发出的三十公分半巨弹命中桥立，轰然爆炸，击毁第四号速射炮，其左舷炮架全部破坏，并引起堆积在甲板上的弹yao爆炸，刹那间，烈火吞没舰体，浓烟蔽空，状至危急，死伤官兵达一百一十三人，也只好加入了投降的队伍。
舰队司令伊东佑亨见本队各舰多已受伤，无力再战，而北洋舰队集合各舰，愈战愈奋，便再次发出“停止战斗”的信号，继续向南驶逃。北洋舰队便停止追击，转舵驶向旅顺。历时近五小时的中日东海大海战至此结束。
这次中日海军的主力决战的结果，日舰武藏、天龙、千代田三舰和山鹰、七号艇、十二号艇三艘鱼雷艇被击沉没；高千穗、秋津州、西京丸、比睿、大岛、金刚、桥立七舰受重伤丧失了战斗力后投降，使其损失超过半数。北洋舰队靖远和来远、安东、扬威四舰皆受重伤退出战斗。中国海军大获全胜。
上甘岭战役、平壤战役和威海卫海战、黄海海战的消息传出，国际舆论为之一变。英国《泰晤士》报在战争爆发初期曾说：“战争之胜利必归于日本。日本强大之海军可阻止中国军队之运送船，并在同中国之海战中制胜。中国是一盘散沙，它要想取胜实是天方夜谭！”这时也说：“中国军队的迅速崛起，使我们在东亚的势力受到威胁，当迅速遏止中国力量的再增长！”
一向关心这场战争的俄国报纸评论说：“倭国所以兴起战端之近因，实以为中国已是腐朽之烂木，一击而断，不料中国实行君主立宪之后，已非昨日阿瞒，故此次与中国之冲突，与其说非策略之战争，莫如称之为糊涂之战争。”
但俄国王宫发言人则认为：“中日战争中日本之失利，不在日本之国力不如中国，而在于军队指挥之无方，倘我军出征，胜败当另有定论！”
见我军挥师南下，英国政府立刻声明，要求中国政府保持克制态度，要信守过去中日关于共管朝鲜的协议。
俄国政府则要求中国军队和日本军队都撤出朝鲜，由第三国军队进驻朝鲜，避免中日再起战端，并且表示愿意为两国友好合作贡献力量。
脸皮之厚无与伦比！
法国则威胁说：“中国不能无视国际公理，应当马上从朝鲜撤出中国军队，否则法国会为主持公理而出兵。
强盗嘴脸暴露无遗！
大清国外长曾纪泽立刻约见英国、法国和俄国驻华公使，就三国不负责任的语言表示强烈抗议，同时指出大清政府不畏强权，谁想从中捣乱，就得考虑一下自己的下场！
英国和法国虽然不服，却也没敢擅动，但俄罗斯却把军队推进到朝鲜边境，意欲越境干涉！
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