海战经过
1894年9月15日，北洋水师主力在丁汝昌率领下到达大连湾，护送陆军刘盛休部12营6000余人搭乘的“新裕”“图南”“镇东”“利运”“海定”5艘运兵船。
1894年9月16日，北洋水师抵达鸭绿江口的大东沟。部分舰艇担任警戒，其余10艘主力舰在口外12海里的大鹿岛东南下锚。
1894年9月17日8时，运兵船卸载完毕。9时，北洋水师舰队起航“巳时操”。
10时23分，联合舰队第一游击队发现因使用劣质煤而冒出大量黑煤烟的北洋水师。发出信号“东北方向发现三艘以上敌舰”。
11时30分，北洋水师镇远舰桅楼上的哨兵发现日本舰队。
12时05分，联合舰队第一游击队在先，以吉野号为首，本队在后，呈单纵阵，接近北洋水师。
12时20分，北洋水师在行进中由双纵阵改为横阵，旗舰定远位于中央，其余各舰在其左、右依次展开，舰队呈楔形梯队。但北洋舰队初衷是排成紧凑的夹缝雁行阵，而实际则排成松散横阵，类似“人”字形。原因有三种猜测，一种是北洋海军各舰传令兵传递命令发生错误;一种是部分北洋海军将领怯战而缩于阵后;而最接近事实的猜测是，计划位于阵型两翼的战舰(济远，广甲，超勇，扬威)基本为航速缓慢的老舰，却需要航行最远距离达到两侧。在没来记得完成阵型部署的情况下，战斗已经打响。
鸭绿江口外海，大鹿岛海域，集中了两国几乎全部主力舰艇。
12时50分，双方舰队相距5300米，北洋水师旗舰定远舰首先开炮。联合舰队第一游击队在距北洋水师5000米处即向左转弯，航向北洋水师右翼。联合舰队航向北洋水师右翼，冒险将舰队暴露于北洋水师阵前。
12时53分，联合舰队旗舰松岛开始发炮还击。定远主桅中弹，信号索具被炮火所毁(一说因战船老朽发炮时震塌飞桥)，在飞桥上督战的丁汝昌身负重伤。
从此时起，北洋水师各舰除能随定远进退之外，已经失去了指挥。
13时左右，第一游击队炮击北洋水师右翼超勇、扬威两舰。
13时20分，北洋水师超勇、扬威起火。联合舰队本队航速较慢的比睿、扶桑、赤城成为北洋水师的打击目标。比睿、赤城受重伤。第一游击队左转，回救两舰。本队右转，形成夹击阵势。
14时20分，日舰西京丸中弹起火退出战场。北洋水师超勇沉没，扬威重伤驶离战场搁浅(有记载被济远撞沉于浅海)。
14时30分，北洋水师平远号命中日舰松岛(法制的日本战舰松岛号，在中日甲午战争中是日本联合舰队的旗舰)，也被其所伤并引起火灾，暂时退避。
15时04分，北洋水师旗舰定远中弹起火。
15时20分，第一游击队集中打击北洋水师突前的致远号。致远号(管带邓世昌)沉没。济远、广甲在致远沉没后，径直驶回旅顺(广甲在途中触礁搁浅，之后丁汝昌先后派遣济远号、金龙号拖船前往牵引，均未成功，于是就地将其炸毁)。北洋水师已无法保持战斗队形。
15时30分，联合舰队旗舰松岛被击中，并引起堆积在甲板上的弹药爆炸。
16时10分，北洋水师靖远、来远受伤，退向大鹿岛。联合舰队旗舰松岛发出了“各舰随意运动”信号。
17时左右，北洋水师靖远、来远经抢修恢复战斗力。靖远代替旗舰升起队旗，收拢各舰。
17时30分，北洋水师经远(管带林永升)沉没。联合舰队发出“停止战斗”的信号，脱离战斗。(海战结束)
详细过程
第一阶段
自午后12时50分至14时许，为黄海海战的第一阶段。
当双方舰队进至相距约三千米时，日本第一游击队四舰，一面以猛烈炮火射击，一面加快速度，横越北洋舰队阵前，左转舵，改道飞驰，绕攻北洋舰队右翼之超勇、扬威二弱舰。超勇、扬威均为1881年(光绪七年)下水的陈旧兵舰，舰龄已达十三年。且“舰中隔壁，俱为木造，施以油漆，粉饰外观”。实际上，老朽陈旧，速度迟缓，炮火不济，防御力极弱。二舰虽竭力抵抗，但在敌人四艘快速巡洋舰的一舷齐射的优势火力攻击下，终于中弹起火。同时，日舰发射的第一批排炮，将北洋舰队旗舰定远望台击毁。正在望台上督战的提督丁汝昌“右边头西以及颈项皆被烧伤”，不能指挥战事。接着，日舰排炮又将帅旗打落，信号索具也被摧毁。信旗无由发出，舰队失去指挥和联络。
但是，当日本第一游击队绕过北洋舰队阵前，环攻右翼超勇、扬威时，其本队六舰恰好驶至北洋舰队犄角雁行阵"人"字形的前方。北洋舰队各舰舰首恰恰指向敌舰船腹。于是，北洋舰队各舰以舰首主炮猛烈轰击敌本队六舰。比睿、扶桑、西京丸号、赤城等后续诸舰，因速度迟缓，落于后方，被北洋舰队“人”字形阵尖将日本本队六舰组成之单纵阵拦腰截断，分割为二，这时，定远、镇远及右翼各舰发右舷炮火猛轰敌舰松岛、千代田、严岛、桥立;左翼之致远、靖远等舰则发左舷炮火截击比睿、赤城等后续各舰。在北洋舰队的猛烈炮火轰击下，比睿、赤城等“不能航行，终成孤军”，遭到北洋舰队的痛击。比睿被打得走投无路，冒险闯入北洋舰队阵中，企图“在离定远和靖远之间五百米的间隙中穿过”。取捷径与本队会合。结果陷入定远、镇远、广甲、济远等舰的包围之中，“受到四面猛烈轰击，以至舰体、帆樯、索具几无完肤。悬挂在樯头的军旗亦被击碎”。接着，又被定远三十公分半巨炮击中右舷。炮弹在后樯中爆炸，破坏下甲板，引起大火。自三宅大军医以下官兵“十数人被击成碎粉而死”。“海军大尉高岛万太郎、海军少尉田中行尚，同小川水路及士卒三十二人负伤”。北洋舰队各舰又“以水准射击迎之，顷刻之间该舰后部舱面已起火灾，喷出浓烟，甚高甚烈”。在熊熊烈火中狼狈逃出重围。
比睿逃出包围后，北洋舰队左翼各舰又以八百米的近距离猛轰赤城。击毙少尉候补生桥口户次郎，打伤海军大尉佐佐木广胜。1时25分，北洋舰队旗舰定远后部十五公分克虏伯炮，再次击中赤城舰桥右侧速射炮炮楯，打死炮手二名。“弹片打穿正在观看海图之板元舰长头部。鲜血及脑浆溅在海图台上，染红了罗盘针”，当时毙命。
不久，赤城又被来远击中一炮，打伤临时代理舰长的航海长佐藤铁太郎(坂元死，佐藤任代理舰长)。前部下甲板亦被击坏。“火药库防火队员、唧筒炮员、捕索员等死伤甚多，蒸汽管亦破裂”。接着数弹飞来，又将大樯轰倒。前后总共被打死十一人，打伤二十人。舰上军官几乎全被击毙。
除比睿、赤城外，其他舰只在北洋舰队的猛烈炮火射击下，也受到严重损失。1时8分，吉野中炮，“打死海军少尉浅尾重行及水兵一名，伤九名并引起火灾”。同一时间，浪速中弹，右舷“一号炮台下水线部被打穿，海水翻腾，浸入甲板”。1时9分，高千穗右舷后部水线处中弹，打死打伤士兵二名。与此同时，秋津洲被二十一公分炮弹击中，“打死海军大尉永田廉平以下五人，打伤九人”。1时14分，定远所发炮弹，打穿西京丸上甲板，军官室及附近房间被破坏。
从上述战况可以看出，海战第一阶段的基本形势是：北洋舰队以两铁甲居中成犄角雁行阵应敌，列弱舰于右翼，遭受日本第一游击队的围攻而蒙受损失。日本舰队抛弱舰于后的鱼贯纵阵，受到北洋舰队主力舰的截击而遭沉重打击。双方都在以己之长，攻敌之短，争取战争的主动权。攻击的目标是敌方的弱舰。在此阶段，虽互有损伤，胜负末见，但北洋舰队仍“维持鳞次阵形，保持舰与舰间隔距离，以六浬速力整然航驶”。而日舰本队的鱼贯纵阵则已被打乱。海战第一阶段，北洋舰队占上风，日本舰队处境不利。
第二阶段
自午后14时至15时30分为海战第二阶段。
当日舰比睿逃出北洋舰队包围，抄近路追及本队时，因舰上余烬末熄，火灾再起。大火燃及弹药房，十分危急。比睿被迫挂出“本舰火灾，退出战列”信号，离队向西南方逃去。赤城见状，急往营救。北洋舰队来远等数舰见比睿逃走，立即鼓轮奋勇追击。当距比睿三百米左右，比睿发炮击中来远甲板，引起火灾。其他各舰减速至来远周围施救。比睿、赤城乘机猛逃，距离逐渐拉长至八、九百米。此时，在附近行驶的西京丸见状大惊，急忙发出“比睿、赤城危险”信号，召唤其他日舰前来救援。
这时(2时5分)，第一游击队已通过北洋舰队右翼，正拟转入北洋舰队背后，伊东祐亨急忙发出信号，命令第一游击队回救比睿、赤城。第一游击队奉召立即向左转舵回驶，以高速向比睿、赤城与北洋舰队之间运动，用左舷炮火射击，且击且进。赤城、比睿得救，乘机逃离战场。
此时，原停在大东沟口外的平远号防御铁甲舰、广丙及鱼雷艇，应召前来助战。驶到北洋舰队右翼后方，适与日本本队相遇，各舰立即向日舰发起攻击。2时34分，“平远发射二十六公分炮弹一发，命中松岛左舷军官室，贯穿鱼雷用具室。打死左舷鱼雷发射员四名”。3时10分又中一炮，炮弹“打穿左舷中央鱼雷室上部，在大樯下部爆炸。打死左舷鱼雷发射员二名”。3时15分，严岛又被平远击中两炮。但同时平远亦被日舰击中起火，被迫退出战场。这时，日舰本队已驶过北洋舰队右翼，继续向右转舵，绕至北洋舰队背后，恰好与第一游击队形成对北洋舰队夹击之势。于是，日本舰队处境开始转向上风，北洋舰队因被包围，处于内线作战，腹背受敌，转趋不利地位。
北洋舰队虽腹背受敌，形势不利，但广大官兵毫不畏缩气馁，反而“愈战愈奋，始终不懈”。提督丁汝昌身受重伤，不下火线，置个人生命安危于不顾，裹伤后，坐于甲板上鼓舞士气，“激励将士，同心效命”。右翼总兵定远管带刘步蟾于丁汝昌负伤后，“代为督战，指挥进退”，尤为出力。广大士兵顽强奋战，不怕牺牲的爱国主义精神更为感人。就连亲身参加海战的定远副管驾英人泰莱也承认：“众士兵均狞厉振奋，毫无恐惧之态。当予巡视时，一兵负重伤，同侣嘱其入内修养;及予重至此炮座，见彼虽已残废，仍裹创工作如常"。超勇、扬威虽被日本第一游击队击中起火，但并未停止战斗。官兵们一面救火，一面抗击。”特别是超勇舰体虽已左右倾斜，然犹以前部炮火发射不停。当比睿冒险闯入北洋舰队阵中，企图抄近路与本队会合时，适与超勇相遇。超勇在烈焰升腾中也不肯放过敌舰。一面救火，一面向比睿发炮轰击，表现了同敌人血战到底的英雄气概。之后，敌舰本队绕至北洋舰队阵后，聚攻超勇。超勇孤立无援，2时23分，终于在敌舰炮火丛集下，于东经123度32分1秒，北纬39度35分海面沉没。管带黄建勋落水，“左一”鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，黄不就，从容死难，舰上士兵也大部壮烈牺牲。
致远号官兵奋勇杀敌，视死如归的英雄气概，尤为可钦可佩，可歌可泣。在管带邓世昌指挥下，致远号纵横海上，与敌奋战，中弹累累，受伤欹侧。在激烈的战斗中，炮弹垂尽。这时，恰与日舰吉野相遇。邓世昌见吉野恃其船捷炮利，横行无忌，气愤地对大副陈金揆说：“倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事。企图冲击敌阵发动冲角战术及鱼雷攻击。
保全军之胜利。陈金揆深为感奋，遂鼓快车向吉野猛力冲突。日本官兵见状大惊失色，集中炮火向“致远”射击，“致远”舰右侧鱼雷发射管被击中，引起大爆炸，3时30分，以右舷倾斜，在东经123度34分，北纬39度32分的黄海海面上沉没。全舰官兵除七名遇救外，全部壮烈殉国。(此说法目前最接近事实，致远舰冲向吉野号，有可能就是为了使用鱼雷攻击，虽然北洋舰队战前已将鱼雷抛入海中，但据说邓世昌为了有更多武器攻敌，所以没有执行此操作。此外还有两种说法，一种是致远舰被吉野舰发射鱼雷击沉，但由于战前日舰已将鱼雷抛入海，所以此说法存在疑点。另一种是致远舰水线附近被日舰大口径火炮击穿进水沉没。)
邓世昌坠海后，随从刘忠跳入海中以救生圈援救，使之浮出水面。邓世昌以“阖船俱没，义不独生”，仍复奋掷自沉。邓世昌平时蓄一爱犬，游至身边，以口衔世昌臂，使之不沉。世昌挥之不去，并以口衔其发辫。邓世昌抱决与全舰将士同生死、共存亡的决心捺犬首于水，自己也沉没于汹涌的波涛之中，牺牲时年仅四十五岁。
致远沉落后，在致远附近的济远见状立即逃离战场，途中误撞扬威。“扬威先已搁浅，不能转动，济远撞之，裂一大穴，水渐汩汩而入”。不久在东经123度40分9秒，北纬39度39分3秒的黄海海面上沉没。管带林履中愤而蹈海死。舰上官兵除被左一鱼雷艇救出六十五人外，均壮烈牺牲。海战后不久，军机处电寄李鸿章谕旨：“本月十八日开战时，自致远冲锋击沉后，济远管带副将方伯谦首先逃走，致将船伍牵乱，实属临阵退缩，著即行正法”。9月29日凌晨5时，方伯谦在旅顺黄金山下大船坞西面的刑场上被斩首。
广甲与济远编为一队，广甲管带吴敬荣见济远撤退，以为有例可援，随之逃跑。，因惧敌舰追及，慌不择路，逃至大连湾三山岛外触礁搁浅。吴敬荣率众纵火弃舰，登岸逃命。海战后第二天，北洋舰队派济远拟将广甲拖回港内，猛拖不起，此时数艘日舰至，济远急退回大连湾，广甲被日舰发炮击碎。
日本第一游击队见济远、广甲撤走，曾奋力追击。但因相距太远，追之不及，遂折回集中火力围攻位于北洋舰队右翼阵脚之经远。“先以鱼雷，继以丛弹”。经远中弹起火。管带林永升临危不俱，指挥全舰，奋勇抗御，“发炮以攻敌，激水以救火，依然井井有条”。以一抵四，拒战良久。突然，忽来敌炮，击中经远。林永升中炮，头裂牺牲。经远“火势愈烈，烟焰焦天，俄尔舰体逐渐向左舷倾斜”。不久，“左舷舰首向水中沉下”。在舰体己下沉的危急关头，经远官兵仍继续沉着应战，一直坚持到最后。4时40分，终于在东经123度40分7秒，北纬39度51分海面上，舰首向东，左舷倾覆，最后在庄河黑岛南老人石海礁附近沉没。全舰除 16人获救外，近200人殉国。
在海战第二阶段，北洋舰队的超勇、扬威、致远、经远先后沉没，济远、广甲相继遁逃，共失去六舰，战斗力大减。由于致远、经远、济远等主要舰只的损失和遁逃，北洋舰队已无力主动向敌人进攻，不得不由第一阶段的进攻转为防御，由优势变为劣势。处境不利。日本方面虽然比睿、赤城、西京丸三舰有的退出有的失去战斗力，但这三舰均系弱舰，下仅对舰队战斗力影响不大，反而由于三弱舰退出战场，使日本舰队无需再分散力量保护弱舰。实际上是减轻了负担，得以轻装上阵。这样，日本由第一阶段的劣势转为优势，战局的发展变得对日本有利。
最后阶段
自午后15时至17时30分为黄海海战的最后阶段。
由于北洋舰队先后失去六舰，因而在最后阶段的海战战场上，坚持战斗的只有定远、镇远、来远、靖远四舰。日本则尚有吉野、高千穗、秋津洲;浪速、松岛、千代田、严岛、桥立、扶桑等九舰。双方军舰数量对比为四比九;吨数对比为一万九千八百七十吨比三万三千八百三十四吨。日本舰队力量超过北洋舰队一倍以上。北洋舰队处境十分因难。但是，定远、镇远等四舰全体爱国官兵，面对优势敌人，毫无惧色。他们坚持战斗，力挽危局，誓与敌人血战到底。
定远、镇远虽被敌舰五艘团团包围，并无惧色，它们“誓死抵御，不稍退避”。定远舰管带刘步蟾表现尤为出色，“作战果敢，指挥灵活。行船时刻变换，敌炮不能取准”。镇远管带林泰曾、大副杨用霖指挥镇远舰“奋击突进，操纵自在”，始终与定远保持着互相依恃的犄角骈列阵形，与敌军五舰周旋，在林泰曾、杨用霖指挥下，镇远“开炮极为灵捷，标下各弁兵亦皆恪遵号令，虽日弹所至，火势东奔西窜，而施救得力，一一熄灭”。在艰苦的战斗中，涌现出许多英雄人物和感人事迹。据在镇远参加战斗的洋员美国人马吉芬记载：镇远“十二吋巨炮炮手某，正于瞄准之际，忽来敌弹一发，炮手头颅，逐为之掠夺爆碎，头骨片片飞扬，波及附近炮员，而(其他)炮手等毫无惊惧，即将炮手尸体移开，另以一人处补照准，赓续射击。镇远炮术长幼弟某，来舰访兄，因战机迫切，未即离舰，遂应兄劝，配备于露炮塔上服务，热心勇猛，毫无惧色。战斗中，炮术长身负重伤，扶入舱中，弟向乃兄略事安慰，仍归原处服务。是役，该炮塔人员，除乃弟外，无不伤亡”。就这样，定远、镇远在敌强我弱的极困难条件下，继续“与倭各舰相搏，历一时许，巨炮均经受伤。定远只有三炮，镇远只有两炮，尚能施放”。同时“火焚数次”，但广大爱国官兵一面救火，一面抵敌，始终不懈。
北洋舰队方面，此时“靖远、来远修竣归队，平远、广丙、鱼雷各艇亦俱折回”。靖远号管带叶祖珪，帮带刘冠雄知定远桅楼被毁，无从指挥，遂主动代替旗舰定远升旗集队。诸舰毕集，军威重振。集合后定、镇、靖、来、平、丙六舰相距各八、九米，鱼贯东行"尾追敌舰十余里，准备与敌再战。但时已日夕，暮色苍茫。日本舰队惧怕定远、镇远诸舰会合鱼雷艇进行袭击，不敢再战。开足马力“向西南一带飞驶遁去”，瞬息已远。北洋舰队也收队驶回旅顺。至此，历时五小时的激烈海战，宣告结束。
海战结果
黄海海战历时5个多小时，北洋水师损失致远、经远、超勇、扬威、广甲5艘军舰，来远受重伤，死伤官兵约800人;日本舰队松岛、吉野、比睿、赤城、西京丸5舰受重伤，伤亡239人。
黄海海战以后，北洋水师退回旅顺、威海，“避战保船”不再出战，日本海军掌握了黄海制海权。
