戰鬥是12：50開始的。定遠號在5800米距離向日本聯合艦隊的吉野號開了第一炮。拉開了大東溝海戰的帷幕。
第一炮當然不會擊中吉野，但30.5公分的這一炮發射的巨大震動，把站在炮位上部艦橋上指揮的丁汝昌拋了起來又摔了下去，使得北洋艦隊在大東溝海戰剛剛開始就失去了指揮。雖然丁汝昌拒絕了讓他下去休息的請求，帶著傷在堅持，就是坐在地下也要鼓舞士氣，但已經無法履行主帥的指揮職責這是事實。
而聯合艦隊還是保持著第一游擊隊在前，主隊在後的一字縱隊從北洋艦隊的前面默默穿過，一直沉默到了距離縮短為3000米時才由吉野打出了第一炮。
在大東溝海戰中日本海軍有兩個陣形上的創舉。除了堅持一字縱隊之外，這種由高速艦隻組成自由行動的游擊隊，在海戰中不斷對敵艦隊進行分割包圍，配合主艦隊行動的戰術也是日本海軍的首創。大東溝海戰後，這種戰術很快被英國德國美國和法國海軍仿效，只有習慣了打堅固的陣地戰的傲慢的俄國人不以為然，這也是日後在日俄戰爭中兩支俄國艦隊全被日本人殲滅的一個重要因素。
但游擊戰術的出現，給海戰也帶來了一個意想不到的變化。就是以後的海戰在游擊隊之間進行，主力戰艦反而無所事事。這就是從甲午海戰開始一直到太平洋戰爭航空母艦登台亮相的這四十多年裡除了日俄戰爭之外看不到主力戰列艦決戰的原因。讓戰列艦下崗決不只是航空母艦的傑作，第一次世界大戰就看不到戰列艦的對戰了。但是發明了游擊戰術的日本人反而發現不了這一點，到「大日本帝國海軍」滅亡的那天為止還抱著大艦巨炮的迷夢不肯放棄。
聯合艦隊先頭的第一游擊隊以高速搶過了北洋艦隊的橫頭，以縱隊攔住了北洋艦隊的進路，到此時幾乎是里薩海戰的重演，擁有七千噸巨艦的北洋艦隊可以衝上去用沖角把日本軍艦攔腰撞斷，從此時的陣勢看，採取了衝擊防禦陣勢的北洋艦隊佔了上風，這可能就是北洋艦隊採用這個陣勢的原因。
可是里薩海戰已經是30年以前的事情，這三十年間，軍艦的速度，炮火有了翻天覆地的變化，丁汝昌在決定採用這個陣勢時忘了考慮這個變化。
13：05，松島距定遠3500米，而最先鋒的吉野離北洋艦隊最右翼的超勇，揚威只有1600米，聯合艦隊在這個距離上一齊向北洋艦隊開火。五分鐘後，噸位同為1350噸的小艦，艦齡也同為15年的老艦的超勇和揚威無法抵禦第一游擊隊四艦的猛烈炮火，起火離開了戰鬥行列，13：30分左右雙雙沉沒。第一游擊隊一擊得手以後接著一個180度的左轉彎又繼續攔在了北洋艦隊前面。
北洋艦隊進入了Dog Fight的狀態。Dog Fight是海軍艦長們追求的最高境界，是最能淋漓盡致地表現艦長的素養和手腕的戰場，但也是最考驗艦長的素養和手腕的考場。北洋艦隊的艦長們就單個說來都不是不合格的艦長，但在DogFight這種既要隨意發揮又要緊密配合的戰鬥形式中總有點不盡人意。
聯合艦隊本隊轉過北洋艦隊以後是一個右轉彎往北洋艦隊後面包抄了下去，可是最後面的扶桑，比睿和伴隨著西京丸的炮艦赤城被來遠，致遠和廣甲咬住了。這時秋津丸上的樺山資紀立即升起了信號：「比睿，赤城危險」召喚還沒（第一游擊隊準備做左轉彎，本隊直接右轉，準備包圍北洋艦隊，有做完左轉彎的第一游擊赤城，扶桑，比睿被北洋艦隊咬住，比睿是從定遠和來遠中間硬隊前來救援。第一游擊隊做插過來的）完左轉彎以後和做完了右轉彎的本隊相隔6000米對北洋艦隊形成了夾擊之勢，各自在三千米的距離上對北洋艦隻射擊。
這種夾擊是有一定危險的，因為可能誤傷自己人。但初期的日本海軍這些條條框框很少，作戰上並沒有多少禁忌，戰場上顧不了那麼多。尤其是第一游擊隊，首先要救被北洋艦隊咬住了的扶桑，比睿和赤城。
扶桑號被定遠來遠同時咬住了，最近的時候離右舷只有700米，好容易才左轉彎跟上了本隊，但比睿號看來是怎麼都跑不掉了。比睿艦長是個少佐，名字很古怪，叫做櫻井規矩之左右，做了一個和他名字一樣怪的動作：從來遠和定遠的中間插了進去，右舷離來遠400米，左舷離定遠1000米，因為怕誤傷己方，來遠和定遠時能眼睜睜看著比睿錯肩而過跟上了聯合艦隊本隊，而一炮不能發。但來遠還是發射了一顆魚雷，400米的魚雷發射距離對於當時的魚雷來說太大了些，就這樣那顆魚雷離比睿號的艦尾也就只有7米，比睿號死裡逃生。一直到比睿穿過了北洋艦隊行列，定遠才張開了30.5公分的大嘴一出這口鳥氣，這一炮擊中了艦尾吃水線上的士官室，一下子就打死打傷了40多人，比睿就此脫離戰列。在此時來遠，致遠和廣甲又追了上來，就在比睿被擊沉幾乎已成定局的時候，不知怎麼回事，來遠等三艦又看上了更加小的赤城號，轉向打赤城去了。比睿後來修復了以後又試圖重返戰列，但因離開本隊已經有三海里，而且當時天色已晚，艦上的軍醫和看護兵也全部死光光，只能自己回大同江口的臨時基地。
這邊的赤城號也是死路一條了，13：25分艦長坂元八郎太少佐去了靖國神社，航海長佐藤鐵太郎接任了指揮，14：15分來遠逼近到離赤城只有三百米的地方，可是就在此時，赤城尾炮突然擊中了來遠，來遠艦首發生爆炸起火，其他兩艘致遠和廣甲也莫名其妙地停止了追擊。距離拉開到3000米時，赤城開始自救，到17：15分才又重回了戰列。
這個後來一直做到海軍大學校校長，軍令部次長的佐藤鐵太郎也是日本海軍史上一個很有名的人物，以後不少事情牽扯到他。現在先想作點說明的是他可以算是陸軍有名的石原莞爾參謀的國際問題導師，他是山形縣的鶴崗人，和石原莞爾是同鄉。石原莞爾上陸軍士官學校時星期天常到他家去蹭飯吃，因此經常和當時已經是海軍中將的佐藤鐵太郎聊天。石原莞爾對美國的看法幾乎全部來源於佐藤鐵太郎，因為甲午戰爭以後佐藤鐵太郎曾被外放先後擔任駐英國和駐美國的海軍武官。
扶桑，赤城和比睿僅僅是因為噸位小，火力弱，速度慢就被北洋艦隊咬住，如果不是北洋艦隊在大東溝海戰中根本沒有了指揮系統，這三艘小艇早就見天照大神去了。那這邊的假軍艦西京丸就更加處境不妙了，西京丸是艘被海軍徵用的日本郵船的2，900噸的客輪，裝了一門炮就出海混市面來了，趕上這門炮還出了故障，打不響。船上的人除了合掌拜老天之外什麼方法沒有，就在14：40船上的樺山軍令部長已經發令撤出戰場的時候，平遠和廣丙和援兵中的魚雷艇福龍號又沖了上來。
樺山也咬了咬牙：「拼了」下令轉過頭來，用臨時加裝的沖角去撞只有115噸的小魚雷艇福龍。福龍號艇長蔡廷干下令發射魚雷，當時兩艦距離只有四十米，樺山也自忖西京丸必沉了。
但是大東溝海戰，整個戰運就不在北洋水師一邊。由於距離實在太近，這枚魚雷從西京丸的船底下面穿過去以後再浮了上來。樺山資紀戰後對伊東祐亨說：「魚雷冒著氣泡鑽到船底下真的比什麼都可怕誒」平遠號對比睿號發射的那顆魚雷落到了比睿號的後面，福龍號發射的這顆又沉到了西京丸的底下，你可以為此辯護說這只是戰場上經常有的小過失，但戰鬥，戰役，戰爭的勝敗往往就由這些小過失而決定了。
14：20左右第一游擊隊和本隊對北洋艦隊的第一次夾擊已經逐艦脫離接觸，整個聯合艦隊都已經位於了北洋艦隊的南方，這時的戰鬥一時停止，以後第一游擊隊和聯合艦隊本隊分別往內轉了一個180度的彎，依然是第一游擊隊在西，本隊在東向北洋艦隊包圍了過來。
雖然援兵的平遠，廣丙和兩艘魚雷艇已經加入了戰列，但已經損失了超勇和揚威的北洋艦隊處境還是十分困難，尤其是15：10分左右，北洋艦隊旗艦定遠號前甲板中彈發生火災，前大檣到了下來，北洋艦隊提督的帥旗從此以後就再也沒有升起來過，定遠號籠罩在一片煙火之中，一時喪失了作戰能力。
定遠，這艘大和民族的夢魘巨艦的中彈起火在聯合艦隊中引發了一陣歡呼，這時第一游擊隊在吉野號帶領下向定遠號撲來想徹底擊沉定遠。
正在定遠的姊妹艦鎮遠只手難應付眾敵的危難時刻，定遠左翼的噸位只有2300噸的小艦致遠號在管帶鄧世昌的指揮下，挺身而出，直接向第一游擊隊旗艦吉野沖了過去。
論噸位，論火炮，論速度，致遠都無法和吉野號較量。真要拚命，致遠也只有一種選擇，那就是最古老的海軍戰術，冒著炮火，使用沖角，衝上去，撞擊吉野，給他來個開膛破肚。
致遠在整個第一游擊隊的攻擊下沉沒了，但他的挺身而出和勇敢衝擊給旗艦定遠的自救贏得了時間，定遠在這段時間內撲滅了火災，恢複了行動能力。
鄧世昌和他指揮的致遠號是英雄，是中華的榮