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，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，到次日早晨，军队全部登陆。
9月17日上午，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点，北洋水师的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，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坠落身负重伤。刹时间，双方各舰百炮一齐怒放，硝烟弥漫，海水沸腾。
日方第一游击队平均航速达19.4节。另据英海军年鉴统计，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。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，黄建勋坚决不接受救援，从容死难，舰上官兵也大部壮烈牺牲。（当时有个传统——人在舰在）
当日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。”
三人目睹了19世纪末最大的蒸汽铁甲舰的海战。
副手说道:“大人!经远正在被围攻，已经开始下沉。”
“定远起火！镇远正在靠近掩护。”
“打了三个小时，敌舰一艘未沉。倭奴全仗着吉野!”邓管带恼怒道。“击沉他！我北洋舰队即可获胜！”
“报！我舰只剩鱼雷了！”一炮手回答。
邓世昌说道:“我舰仅剩鱼雷，只有冲上去。”
副手:“我舰已中弹400余处，距敌过近。敌炮命中率将大幅度提高，大人是不是该向后暂避一下灭火堵漏。”
邓世昌通过望远镜看出远处的吉野舰炮向四面的清军战舰开火。
这时，邓世昌将头上的官帽摘下缓缓说道:“挂冲锋旗。”
“大人，您是说……”副手迟疑。
“挂冲锋旗！！”邓世昌大啸，在周围炮声中都能听到。
“是”副手呆立一瞬向后大喊“挂冲锋旗！！”
桅杆上一个受伤的水兵听到后用沙哑的声音传达:“是！挂冲锋旗！”随即一面镶有龙的白蓝红膏药旗迅速升起。
在另一端
“长官！致远号单舰向我冲来！”吉野号上的副官惊呼。他不敢相信望远镜中的一幕——着火破损且舰身倾斜40多度的致远舰居然向他们冲来。
“这是什么意思？”吉野号舰长迟疑一会。
吉野号副官“怕…怕是来撞击我们的。”看着致远冲过来的越来越近。
“快！全舰炮火齐射拦住他！”吉野舰长立即下令。
“轰！”“轰轰！”“轰！”……吉野号大惊失色，炮弹落在致远舰周围爆起阵阵水花。
不久，几枚炮弹击中了致远的炮塔和桅杆，桅杆上那位传达并升起冲锋旗的受伤士兵阵亡，旗杆绳子断开，冲锋旗缓缓下坠，邓世昌见状，一瘸一拐奔到桅杆下，用手拉起断开的绳子，将冲锋旗稳定，再缓缓拉起，对于手脚受伤的他来说，升起这面冲锋旗时有万斤的重量压在身上。他一只手拉住旗绳，一只手掌舵，继续冲向吉野。
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