黄海海战发生于1894年9月17日，即平壤陷落的第三天，日本联合舰队终于在鸭绿江口大东沟附近的黄海海面挑起—场激烈的海战，这是甲午战争中继丰岛海战后第二次海战，也是中日双方海军一次主力决战。这场战役发生于鸭绿江口大东沟(今辽宁省东港市)附近海面。9月15日上午，北洋水师护送4000余名入朝援军到朝鲜。返航后在大东沟遭遇日军阻截，战斗由此爆发。日本海军在大同江外海面投入战斗军舰则有12艘，包括其全都精华，几乎可以说是倾巢出动。中午开战后，北洋舰队重创日本比叡、赤城、西京丸号诸舰，但北洋舰队中扬威、超勇二舰亦受重创。

　　黄海海战过程：1894年9月15日上午，北洋舰队的主力，计军舰10艘，附属舰8艘，在丁汝昌率领下到达大连湾。

　　凌晨1时，铭军的十个营共四千人分乘五艘运兵船，向鸭绿江口的大东沟进发。

　　中午，舰队抵达大东沟(今辽宁省东港市)，到次日早晨，军队全都登陆。

　　9月17日上午8时，运兵船卸载完毕。

　　9时，北洋水师定远号旗舰上挂出龙旗开始返航。

　　10时23分，日本联合舰队第一游击队率先发现了北洋水师。便挂出“东北方向发现三艘以上敌舰”的信号旗。

　　10时30分，北洋水师镇远舰桅楼上的哨兵看到西南方向海面上有几簇黑烟，发现日本舰队。丁汝昌随即命令各舰升火、实弹，准备战斗。

　　12时05分，日本联合舰队第一游击队在先，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。同时丁汝昌还发出命令：“各小队须协同行动;始终以舰首向敌;诸舰务于可能之范围内，随同旗舰运动之。”

　　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。十秒钟后，镇远舰也发出炮弹，紧接着，北洋舰队各舰一齐发炮轰击。三分钟后，日本旗舰松岛舰也开始发炮还击。

　　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。

　　刹时间，双方各舰百炮一齐怒放，硝烟弥漫，海水沸腾。

　　其中，日本第一游击队平均航速达19.4节。另据英国海军年鉴统计，当时速射炮的发射速度是原后装炮的六倍，由此计算，日本舰队的火力实际上相当于北洋舰队的三倍。

　　战斗开始不久，北洋舰队旗舰“定远”舰由于下水12年，7年未修，主炮炮塔起火，丁汝昌烧伤，信旗被毁(一说为被日军舰炮击中)。丁汝昌拒绝随从把自己抬入内舱，坚持坐在甲板上督战。可是他也只能鼓一舰士气。日第一游击队4舰利用航速优势绕攻北洋舰队右翼“超勇”、“扬威”，二舰相继被击中起火，退出战斗。日舰“吉野”也被北洋舰队击中起火，但很快被扑灭。13时30分左右，“超勇”沉没，管带黄建勋落水，“左一”鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，黄建勋不就，从容死难，舰上官兵也大部壮烈牺牲。

　　当日本第一游击队绕攻北洋舰队右翼时，本队也与北洋舰队主力交相攻击。日本军舰“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋舰队截击。

　　“定远”、“来远”、“经远”重创日舰“比睿”、“赤城”。“赤城”舰长坂元八太郎阵亡。“西京丸”也受重创。

　　14时15分左右，日本舰队绕至北洋舰队背后，与第一游击队形成夹击之势。北洋舰队腹背受敌，队形更加混乱。在混战中，北洋舰队一直冲杀在前的“致远”舰受到“吉野”、“高千穗”等的集中轰击，多处受伤，船身倾斜。伊东祐亨令第一游击队救援“赤城”、“比睿”。“吉野号”冲在最前面，正遇上全身着火的“致远”舰。邓世昌见吉野恃其船捷炮利，横行无忌，愤而说道：“倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事。”决意与之冲撞，同归于尽。邓世昌毅然全速撞向日本主力舰“吉野”号右舷，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，其余自邓世昌以下全部壮烈殉国。(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。也有另外的说法是致远舰是被日舰火炮击沉，战前北洋水师已经把鱼雷抛入海中。)