日本艦隊總指揮官東鄉平八郎一看不妙，趕緊親自指揮「浪速」號開足馬力全速撤離，「定遠」號鐵甲艦窮追不捨。這時。「松島」號、「千代田」號、「嚴島」號、「橋立」號戰艦趕過來救援，這四艘速度最快的日本巡洋艦擺出了「單行魚貫陣」，刻意將「浪速」號移到艦隊的左側非戰鬥一面，以保全東鄉平八郎的旗艦指揮軍艦。
1891年，李經述已經從一個天才少年成長為一名優秀的水師提督，實戰經驗和戰法都很嫻熟。針對日艦這一「單行魚貫陣」陣型，他馬上指揮北洋艦隊採取了「夾縫雁行陣」迎戰，以便充分發揮聯軍軍艦的船首重炮威力。同時，北洋各軍艦加大馬力前進，沖亂日軍的縱隊陣型，進行條塊分割，以實現類似1805年特拉法爾加海戰和1866年利薩海戰成果。
北洋軍艦的裝甲普遍較厚，火力也猛，射程遠，這是北洋艦隊的優勢。所以，在與「松島」號相距5300公尺時，「鎮遠」號沒有等待，先發制人，向「松島號」開了第一炮，飛出去的炮彈落於「松島」號舷左一百公尺海中，捲起滔天的巨浪。不一會，北洋艦隊形成「人」字形的燕剪陣，集中火力，開始輪番攻擊日本的軍艦。
直到雙方軍艦距離3000米時，達到日艦速射炮適當射擊距離，日本軍艦才有機會開炮回擊。但此時，日軍「松島」號等戰艦已經被擊中了多炮，遠望台被打壞，在飛橋上督戰的日本軍令部長樺山資紀，左腿夾在了鐵木中被燒傷。炮彈飛至，他旁邊的兩名軍官被穿胸而顛，血肉飛墜，桅樓被一榴彈打穿，裡面六人全部戰死。
「松島」號位於艦尾的主炮塔，被鄧世昌指揮的「濟遠」號軍艦發射的炮彈擊中，兩名正在炮位上操作的日本水兵當即被彈片擊傷，主炮的液壓旋轉機構遭到嚴重破壞，剛發射了一發炮彈的迦納火炮頓時陷入癱瘓，被迫進行緊急搶修。「千代田」號也身中數炮，火藥庫附近的軍官室被擊穿，八吋多厚的鋼板穿透三個大洞，床上器具已經粉碎，彈丸四處飛揚。
這時，劉步蟾也指揮「鎮遠」號發威了，拔出戰刀親自站到指揮台，大喊：「開火！炸沉日艦！」
不一會，日本「嚴島」號第五號炮座被二十一公分炮彈擊中，海軍大尉永田廉平和他的手下五人都被炸死。日本的「橋立」號軍艦被「鎮遠」號的炮彈擊中燃起大火，剎那間，黑煙將全艦遮蔽。在炮塔內督戰的分隊長高橋義篤海軍大尉、炮術長瀨之口覺四郎海軍大尉以及二等兵曹廣原重槌斃命，另有七名水兵受傷。
在附近行駛的「浪速」號見日本軍艦紛紛冒煙起火，急忙發出危險信號，召喚其他日艦前去救援這四艘被重創的日本軍艦。但是此時，其他軍艦也被北洋艦隊的軍艦炸得暈頭轉向。
日本海軍的「赤城」號軍艦趕來救援，結果飛橋甲板被「定遠」號軍艦一炮擊中，代理艦長佐藤鐵太郎面部和手腕負傷，被送入甲板下療傷，艦長一職改由正在指揮艦首炮位的第二分隊長松岡修藏海軍大尉接替，艦首炮位則由炮長進藤多榮治海軍上等兵曹指揮。還沒喘過氣來，甲板又被「鎮遠」號擊中，引起大火，它的船首完全淹沒在海水中，船尾在海面上高高翹起，露出那轉動的螺旋槳，漸漸地沉沒在海平面下。
這下子，東鄉平八郎徹底明白了，李經述指揮的北洋艦隊，不是俄國佬的艦隊，靠血性和運氣是拼不過中國人的，趕緊逃跑，但已經太晚了。只聽一聲驚天巨響，「定遠」號的一枚巨彈，直接擊中了「浪速」號左舷速射炮的炮盾，受到重擊的引信很快點燃炮彈，炮彈在第四號炮位上轟然炸開，驚天的巨響所產生的巨大衝擊波和破片，使得「浪速」號整個炮身竟然被震飛了起來，隨後又重重地砸下，鋼鐵炮管被扭曲成了不可思議的月牙形，炮身彎曲下落，借勢將附近的葯殼兒引爆。
東鄉平八郎徹底絕望了，他聽到「浪速」號軍艦上發出接連不斷的巨大爆炸聲，嗆人的黃色毒霧立刻在艦內瀰漫開來，舷側板爆破，並擊斷上甲板之鐵樁、鐵梁，上甲板左右舷順勢出現三四坪洞，使艦體失去了平衡，艦體傾斜，巨量的海水灌入，很快使艦內數處破損。此時，天公還不作美，廣島港上竟然颳起了大風，風向也對「浪速」號不利，濃煙帶著滾滾毒氣，防火隊也難以滅火，軍艦內的八百多日本海軍臉和脊背被炸得難以分辨了，那些斷裂的骨頭上，肌肉早已經被燒毀，就像火化後的白骨，粘乎乎的鮮血沿著艦體傾斜方向流去，滴著鮮血並且還在微微顫動的肉片粘在火熱的炮身上，還沒有冷卻。
東鄉平八郎望著一艘又一艘日本軍艦被李經述指揮北洋艦隊的鐵甲巨艦像轟擊玩具船一樣擊沉，熊熊的烈火在廣島海上被燃起，漫天的火光在海面照得通紅，也把他的臉照得通紅，日本海軍司令東鄉平八郎無路可退，徹底絕望了，奮然準備切腹自殺，蹈海殉國。不過，他看到日本海軍的屍體紛紛被北洋艦隊的炮彈炸起的滔天巨浪而沒，這樣死有點不甘心。這時，東鄉平八郎的兩名副官也跑過來，抱住他的腰，奪過了他的指揮刀，將他推上一艘小艇逃走。
廣島大海戰，日本艦隊雖然頑強作戰，持續四個多小時，但二十艘軍艦中，被中國的北洋艦隊擊沉十四艘，被俘虜三艘，自炸沉三艘，死亡海軍四千多人，日本的精銳艦隊和海軍幾乎全軍覆沒，日本舉國震驚！！而失去了日本海軍支援的廣島市，成了中法俄聯軍的瓮中之鱉。在法俄聯合艦隊強力的炮火攻擊下，廣島南邊、北邊、西邊的平原陣地相繼失守，川上操六的日本第一軍死傷過半，再次退守東部的丘陵地區，法軍、俄軍、中國陸軍都開始登陸作戰。