桥立、严岛、爱宕、葛城、大岛、鸟海等六艘日军军舰，除了桥立、严岛两舰是为专门对付镇远、定远两舰设计外，其他都是吨位一两千吨甚至几百吨的小型军舰，若是在镇远舰全盛时期，肯定无法与之正面交锋，只要被镇远舰舰上的四门305毫米重炮，命中一发，就足以受到重创。此时，镇远舰先是旧伤未愈，刚又中了一发鱼雷，开始有些摇晃，所以日军六艘军舰便犹如狼群一般在镇远舰四周来回奔跑，并不断发炮攻击。
经过半个多小时的炮战，日军军舰的炮弹虽多有命中镇远舰，但是由于镇远装甲较厚，仍然屹立不倒，倒是日军一千多吨铁胁木壳船葛城号被镇远舰穿甲弹命中，顿时陷入瘫痪。镇远舰管带杨用霖见状，忙下令调整航向，朝葛城号撞去。日军桥立、严岛两舰则迅速调整航向，不断向镇远舰发炮射击。
日军葛城号上面的水兵见状，也开始纷纷往海里跳，准备逃生。尽管日军军舰拼命拦截，怎奈镇远舰装甲很厚，还是没拦住，最后在十几分钟之后，日军葛城号被吨位是它六倍多的铁甲巨舰镇远舰撞翻沉入海底，大批日军士兵被撞死、溺死。而此时尽管镇远舰装甲厚重，但是由于日本军舰使用的是大量爆破弹，纷飞的弹片，对镇远舰上的官兵杀伤很大，镇远舰火力渐渐弱了下来。
此时，只有六百多吨的日军炮舰鸟海号利用船身低矮的优势，抵近镇远舰重炮射击死角，进行抵近射击。丁汝昌不幸中弹倒地，等杨用霖等人将其救起之时，他已经奄奄一息，只听他喊道：“杀寇！”，双手紧扣杨用霖的手臂，睁着双眼凝望着硝烟弥漫的天空，死不瞑目地离开了这支他守护半辈子的舰队。
杨用霖让人安放好丁汝昌的遗体，便命人一边开炮一边驾镇远舰撞向日军炮舰鸟海号。镇远舰巅峰时航速有15节，现在虽然受到重创，但是还是快于这艘航速只有10节不到的小炮舰。在十分钟之后，镇远舰又将鸟海号撞沉于海底，而其自身船底受鱼雷攻击处，也发生开裂，海水开始渗进船舱，镇远舰速度慢了下来。
日军舰艇趁机围起来对镇远舰进行狂轰乱炸，镇远舰上的官兵已死伤殆尽，杨用霖身上也有多处被日军炮弹弹片击中，已经不能行走，但他还坚持跑到船舱弹药库，口吟：“人生自古谁无死，留取丹心照汗青！”。念完，抬头望向南方—家的方向，露出了一丝眷恋的微笑之后，便点燃了弹药库里的发射药。
几息之后，镇远舰的弹药库发生了殉爆，镇远舰船身被炸开，大概半个小时之后，完全沉入威海湾外十海里处。
日军海军联合舰队主力，一路狂追北逃烟台的北洋水师残部，仗着航速优势。在一个小时之后，日军松岛、千代田、高千穗、秋津洲、浪速等舰追上了航速只有8节的北洋水师镇东、镇西、镇北、镇中、镇边等六艘炮舰。这六艘炮舰只好边战边退。伊东佑亨担心让航速较快的定远舰逃入烟台港，而烟台港又设有炮台，到时候比较麻烦，所以短暂跟这六艘清军炮舰交火之后，便将他们交由随行的一两千吨级的军舰收拾，自己则带领松岛、千代田、高千穗等舰继续追击。
大概又是追击半个多小时，日军联合舰队司令伊东佑亨率松岛、千代田、高千穗等舰追上了航速较慢的济远舰、平远舰两舰，双方又陷入交战。日军诸舰又被拖延了大半小时，最终济远舰、平远舰被击沉之后，再行追击。而在此时，后方与日军交战的镇东、镇西、镇北、镇中、镇边等六艘炮舰也有五艘先后被击沉，只有镇边趁乱，逃离交战海域不知所踪，日军在交战中也有一艘炮舰被击沉。
此时北上的北洋水师舰只只剩下定远、靖远、广丙三艘主力舰只，这三艘主力舰航速都较快，其中靖远舰航速有18节，还高于日军松岛舰。威海湾到烟台港差不多只有48海里，所以经过两个多小时的全速前进，靖远舰已经望见了烟台港。在其后是广丙舰，航速有16.5节，也离烟台港不远！最慢的是定远舰航速只有不到15节，由于清军使用的是劣质煤，实际航速只有14节左右，此时还距离烟台港近八海里。不过日军松岛号等军舰航速也只有17-19节，中间又被清军炮舰以及济远舰、平远舰两舰所拦，日军现在距离定远舰还有近十海里，眼看不一定能追上。
一八九五年，三月二十八日上午九时许，清军北洋水师靖远舰驶入烟台港，并给岸上炮台发出警讯。甲午战争前，清政府就在烟台耗费巨资修建了东西炮台。这两处炮台共计配备了克虏伯210毫米35倍径大炮3门，使用仿英国瓦瓦司式液压炮架的克虏伯150毫米35倍径半速射炮2门，使用完善型制退复进机的克虏伯120毫米新式速射炮2门，另外还有防御步兵攻击的格鲁森小口径速射炮20门。
随着靖远舰传来的警讯，烟台港东西炮台官兵仓促进入备战，随时迎击来犯之敌。大概二十多分钟之后，广丙号巡洋舰也成功逃入烟台港。而此时，由于日军全速前进前进，已经在距离定远舰不到五海里，快要进入日军装备阿姆斯特朗舰炮射程范围内，于是日军联合舰队司令伊东佑亨下令舰炮开始射击。
随着“砰”、“砰”响，日军诸舰朝定远舰开炮。不过，此时定远舰还在其射程之外，炮弹只能打在海里溅起一朵朵水花。刘步蟾用着望远镜望着四海里外的烟台港，不由得松了一口气。日军军舰速度虽然快于自己，不过要追上自己已经是不可能了。
不到一刻钟之后，定远舰进入了烟台炮台射程范围，两刻钟之后，定远舰便驶入烟台港。这时候烟台港炮台见定远舰后面尾随的日军军舰，便发炮射击了。烟台港的要塞炮是清政府在渤海诸多炮台最晚建的，所以使用的都是最新式火炮，射程万米比日军舰炮还远。这一轮射击又是掐着日军航线和航速打的，一下子便击中了日军速度最快的千代田号，重创其舰身，死伤6人。清军烟台港的要塞炮射程比日军舰炮远两公里，射速也不比日军舰炮慢，所以很快第二轮炮击又打来，一下子又击中千代田号后面的高千穗。日军联合舰队司令伊东佑亨眼见清军烟台炮台火力凶猛，加之烟台港是通商口岸驻守西方各国的军舰，便下令撤退。