李鴻章在對外失望之后，也開始進行最后的戰略準備。
淮軍在朝鮮一敗涂地的情況下，現在對于北洋來說，唯一的機會就是擊敗日本聯合艦隊，然后封鎖整個朝鮮海岸，使得在朝鮮的日軍斷絕糧餉，最后不戰自潰。
因此在迫不得已的情況下，李鴻章派出了自己的王牌——北洋艦隊，南下搜索日本聯合艦隊。
可是他卻不知道，北洋艦隊剛一離開，見到他們南下的消息，就被英國人探知，他們立刻通過外交渠道向日本通報了這一情況。
而日本人在接到北洋水師南下的消息之后，馬上知道這場戰爭進入了最關鍵的時候。
因此日本大本營連夜經過磋商，日本御前會議上決定將“西海艦隊”的警備艦隊和常備艦隊合并成聯合艦隊。在“聯合艦隊”中以伊東佑亨擔任司令長官一職。
伊東佑亨，明治維新后加入政府海軍，1871年(明治4年)任海軍大尉，1877年任日進號艦長輔，1882年任海軍大佐，先后任龍驤扶桑比睿等艦只艦長，1885年任橫須賀造船所長兼橫須賀鎮守府次長，同年任建造中浪速號回航委員長。該艦服役后任艦長。
1886年封海軍少將，就任海軍省第一局長兼海軍大學校校長，接待了來訪的清國艦隊，在參觀了定遠艦后承認是：“如果現在和清國開戰，沒有勝利的可能，只要‘定遠’和‘鎮遠’兩艦就能把全部常備艦隊送到海底”1892年升海軍中將，橫須賀鎮守府長官。1893年(明治26年)任常備艦隊長官
1894年9月16日，伊東佑亨率聯合艦隊軍艦12艘，由朝鮮漁隱洞錨泊地出發，向黃海北部一帶游弋。17日凌晨到達海洋島，經過偵察，未發現北洋艦隊，乃改變航向，向東北方向的大洋河口前進。
而北洋艦隊的主力，軍艦10艘，附屬艦8艘，在1894年9月15日上午，丁汝昌率領下到達大連灣。
銘軍的十個營共四千余人分乘五艘附屬艦，準備前去朝鮮增援。
中午，艦隊抵達鴨綠江口的大東溝，今屬遼寧省東港市。到第二日凌晨軍隊全部登陸完畢。上午九點北洋水師的旗艦“定遠號”升上龍旗，準備繼續搜索日本聯合艦隊。
由于英國人提前通知了日本北洋水師的情報所以日本人已經大致知道了北洋水師所處的海域。
在1894年9月16日上午十點二十分左右，日本聯合艦隊第一游擊隊由濃烈的黑煙率先發現了北洋水師便掛出“東北方向發現三艘以上敵艦的信號旗。
十點半左右，北洋水師鎮遠艦桅樓上的哨兵也看到了西南方向海面上有黑煙發現了日本艦隊立即報告指揮丁汝昌，丁汝昌隨即命令各艦升火、實彈，準備戰斗。
到了這時，雙方都已經互相發現對方主力這一場黃海大戰已經不可避免。
北洋艦隊有十只戰艦列成了一排，兩兩一組，成了五個小隊，走在小隊前面的是小隊旗艦，后面的副艦。這樣開炮的時候就不會互相傷害。
第一隊定遠、鎮遠；
第二隊，致遠、靖遠；
第三隊來遠、經遠；
第四隊，濟遠、廣甲；
第五隊超勇、揚威。
戰斗力和防御能力最強的小隊，排得越靠前沖鋒的時候尖兵都放在前面保證一開打就挫失對方士氣。
各艦管帶看到旗語之后，行動非常迅速，連平時慢半拍的老艦超勇和揚威也不甘落后，夾縫魚貫小隊陣很快就擺好了，整個艦隊呈楔形梯隊，總指揮丁汝昌命令，“各小隊須協同行動，始終以艦首向敵，各艦艇務必跟隨旗艦協同運動”。
11點30分，伊東祐亨命令各艦迅速做好戰斗準備，同時下達了用餐的指令，因為吃飯有助于放松官兵們的緊張情緒，他甚至還允許大家違反規定隨意吸煙，隨意聊天。
劣質煤讓聯合艦隊更早地發現了北洋艦隊，也為他們贏得了吃飯的時間。
而北洋艦隊卻因為晚發現對手，只能餓著肚子打仗了。
伊東祐亨雖然有些緊張，但卻沒有變陣這個環節，自始至終，他都在堅持一種陣形——魚貫單縱隊形。
伊東祐亨根本就沒有沒有動過變陣的念頭。因為聯合艦隊一直都在操練這個陣法，每次操練演習玩的都是這個，已經輕車熟路，熟能生巧。為了使問題簡單化，日本摒棄了各種花哨的陣法，只把魚貫單縱隊寫進了海軍章程。他們沒有信心操作更復雜的陣形，所以干脆去繁就簡，就練這一招，練精練熟。
因此日本以第一游擊隊“吉野”、“高千穗”、“秋津洲”、“浪速”4艘速率最高的巡洋艦為先鋒，伊東祐亨自乘旗艦“松島”，率領本隊“千代田”、“嚴島”、“橋立”、“比睿”、“扶桑”跟進，12時許，又將“西京丸”、“赤城”移至本隊左側。
十二點五十分左右，雙方艦隊相距約五千三百米，北洋水師旗艦“定遠”率先開炮，十秒鐘后，“鎮遠”艦也開炮，緊接著其他各艦發炮齊轟。剎那間，海面上萬炮怒放，硝煙彌漫，儼然一幅悲壯的畫面。
聯合艦隊第一游擊隊在距離北洋水師五千米處，向左轉彎，航向北洋水師右翼，冒險地把艦隊暴露于北洋水師陣前。十秒鐘后，“鎮遠”艦也開炮，緊接著其他各艦發炮齊轟。剎那間，海面上萬炮怒放，硝煙彌漫，儼然一幅悲壯的畫面。
可惜的是第1擊都沒有擊中目標，在接下來的時間里，北洋水師一度處于優勢，日本軍艦“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋艦隊截擊。“定遠”、“來遠”、“經遠”重創日艦“比睿”、“赤城”、”西京丸“，“赤城”艦長坂元八太郎陣亡。
而日本軍艦再利用船速完成戰列編隊之后，這才開始還擊。經過幾輪炮擊，擊中了北洋水師旗艦“定遠”艦主桅，信號索具被炮火毀掉。在飛橋上督戰的丁汝昌身負重傷，但是他拒絕隨從把自己抬入艙內，依然堅持坐在甲板上督戰。
而到了這個時候，日本軍艦已經轉敗為勝，重新占據了戰略上的主動，日軍第一游擊隊四艦利用航速優勢，繞攻北洋艦隊右翼“超勇”、“揚威”，兩艦相繼被擊中起火，退出戰斗。
日艦““吉野號””也被北洋艦隊擊中起火，但很快火被撲滅。下午一點半左右，“超勇”艦沉沒，管帶黃建勛落水，日艦“左一”魚雷艇駛近，拋出長繩想去救，但是英雄黃建勛不愿被敵人就起，從容殉難，艦上的官兵也大部分壯烈犧牲。不久，“揚威”艦也沉沒。
說道揚威艦的沉沒，就不得不說另外一首軍艦濟遠號了，1894年，朝鮮爆發東學黨起義，濟遠號受命與廣乙號一同護送兵船登錄牙山。
7月25日與日軍吉野、秋津洲、浪速三艘實力強勁的穹甲巡洋艦相遇，爆發遭遇戰。炮戰中濟遠號被命中司令塔，大副沈壽昌等當即陣亡。在此之前方伯謙的處置都無可異議，但大副的陣亡可能對其造成了巨大的心理影響，濟遠號開始不顧友軍奪路而逃，甚至還掛起了白旗和日本海軍旗。以至于后至的操江號被日軍俘獲、兵船高升號被日軍擊沉，千余名陸軍士兵葬身海底。
不過方伯謙這家伙還是有些能耐的，在回去之后上下打點，終于是將這件事接了過去。
由于逃跑的丑事并未被揭發，方伯謙得以繼續率領濟遠號參加了大東溝海戰。
但如同豐島海戰一樣，戰至中途方伯謙再次選擇回撤逃跑，逃跑途中濟遠號又將被日軍重創的揚威號撞沉。
到了下午兩點十五分左右，日本艦隊繞到北洋艦隊背后，與第一游擊隊形成夾擊態勢。
北洋艦隊腹背受敵，隊形更加混亂。在混戰中，北洋艦隊一直沖殺在前的“致遠”艦受到““吉野號””“高千穗”等敵艦的轟擊，船身多次受創，船身傾斜。
日軍指揮伊東祐亨命令第一游擊隊救援受傷的“赤城”、“比睿”。““吉野號””沖在最前面，遭遇上船身著火的“致遠”艦。
致遠艦當時全身受損，船體也開始微微傾斜。鄧世昌慷慨的道：“吾輩從軍衛國，早置生死于度外，今日之事，有死而已！倭艦專恃吉野，茍沉此艦，足以奪其氣而成事”。于是鄧世昌毅然命令“致遠”艦全速撞向日艦“吉野號”右舷。
日軍官兵見狀大驚失色，集中火力朝致遠艦射擊，“致遠”艦右側魚雷發射管被擊中，引起大爆炸。三點半左右在黃海海面沉沒，全艦官兵除了七人遇救，其余的全部壯烈殉國。
鄧世昌落水后，隨從游近遞去救生圈，被鄧世昌用力推開，“左一”號魚雷艇拋來救生繩，這位剛烈的管帶亦不應，“以闔船俱沒，義不獨生，仍復奮擲自沉”。
就在鄧世昌即將隨波沉沒的一刻，愛犬竟然游來咬住他的手臂，“公斥之去，復銜其發”，這只通人性的動物也不忍讓主人下沉。最后鄧世昌毅然抱住愛犬，一起追隨“致遠”而逝……
