随后日本的策略起了效果，在联合舰队迫近威海之后，清廷大怒，光绪皇帝责难北洋水师提督丁汝昌不能保卫疆土。
户部尚书翁同龢更是指责道，耗费朝廷巨资打造的北洋水师，到底能不能与日人交战？
其矛头更是指向北洋掌舵人李中堂，其目的也是不言而喻。
被逼无奈的李中堂，不得不命丁汝昌赴黄海巡航以平息皇帝的愤怒和缓解舆论的压力。
1894年9月12日，北洋水师主力舰12艘由威海出发，赴鸭绿江口的大东沟，护送陆军登陆。
9月13日，联合舰队本队和第一游击队开赴鸭绿江口，搜寻向北洋水师主力决战。
中日两方舰队都云集到一处，自然非常容易发生交战。
17日，在大东沟海域，两方战舰终于都发现对方。于是一场关系到中日战争走势的海战就此展开。
一交战日本就撞了大运，联合舰队旗舰松岛号开炮将定远主桅击中，指挥信号索被炮火击毁，在飞桥上督战的丁汝昌身负重伤，无法继续指挥。
这一开场，北洋水师各舰除能随定远进退之外，已经失去了指挥。
随后日本舰队装备的大量管退炮炮，就让北洋水师尝到了苦头。虽说北洋水师也装备有速射炮，但是由于李中堂拨给的费用较少，数量也不够，所以这场海上炮战，其打的很吃力。
交战没多久，杨威、超勇两艘老舰就被击沉，随后平远号也被引燃大火，不得不退出战斗。
济远号管带方伯谦被惨烈的交战给吓住了，擅自撤离了战场。
济远号擅自撤离，极大的打击了其他各舰官兵的士气（现在网上居然有为方伯谦翻案的言论，这也是够了）。
而日本联合舰队则士气大振，指挥官伊东佑亨中将更是发出要全歼北洋水师主力的豪言。
当然他这样说也是有自己底气所在，两艘花费巨资的吉野、秋津洲两舰，在海战中表现极为出色，是联合舰队倚重的利器。
果然随后在两舰的带领下，经远、来远两舰也随后战沉。
至此北洋水师，除了定远、镇远装甲舰，以及致远、靖远两艘装巡之外，其他主力战舰，不是被击沉就是退出战斗。
当然这四艘战舰想要被击沉，也不是像其他两三千吨巡洋舰那么容易。
其厚实的装甲，抵挡住了联合舰队大量速射炮的攻击。
但是目前战场态势对北洋水师极为不利，已经完成任务的游击舰队加入到对四艘北洋战舰的围攻中，双方从下午三点一直打到五点三十分。在两个多小时的时间里，镇定二舰各自承受了三四百发的炮弹。而致远、靖远两舰也有两百余发，当然联合舰队也不太好过，虽然北洋发射的炮弹少，但是基本上联合舰队每舰各自吃了三四十发炮弹。尤其是镇定二舰的305毫米主炮，更是威力惊人。将比叡、扶桑两舰，打的重伤撤离战场。而致远、靖远两舰也不甘落后，将千代田、西京丸两巡洋舰，打的重伤退出战斗。
而打到后期，北洋四舰炮弹告急，这时候致远号管带丁汝昌做出了一个重要决定，让靖远与镇远、定远三舰撤离战场，他驾驶致远号断后。
面对丁汝昌舍生忘死的举动，其他三位管带也知道，这时候已经打不下去，只能留下致远号先行撤离。
而日本联合舰队司令官伊东佑亨，看到北洋舰队的举动，决定见好就收吃下致远号。让他做出这个决定也有日本联合舰队炮弹不多的原因，集中打掉一艘，总比放掉四艘要强。
于是接下来致远号遭到联合舰队围攻，其身中四百余发炮弹，导致人员损失80%，而且火炮动力全失，沦为海上浮棺。此时日本联合舰队依然眼馋该舰，发信号要求其投降，被丁汝昌断然拒绝，最终被高千惠号就近用鱼雷击沉，而丁汝昌也随该舰一同阵亡。
而致远号舰上四百名余名官兵，只有三十二人获救。
随着致远号的沉没，也标志了大东沟海战的结束。
在这场海战中，北洋水师损失绝大部分主力战舰，损失吨位高达1一万九千多吨，人员损失高达一千五百多人