时间大约已至14：00左右，这便是海战的第一阶段，总的来说，双方算是打成平手。
进入海战第二阶段，日本第一游击队见比叡、赤城二舰极为危险，立即转向前往援助，两舰于14：30左右逃离战场。本来就因比叡舰的转向而使阵型松散的北洋舰队，其后又因追击二舰使得先前布置的横阵阵型彻底混乱，且处于分别迂回的敌本队与第一游击队的夹击之中，情势开始不利。唯一看到点的希望就是原来停留大东沟外的平远、广丙二舰以及福龙号鱼雷艇组成单纵小编队赶来增援，向敌本队发起攻击，广丙舰一度想接近敌旗舰松岛，发动鱼雷攻击，无奈敌方炮火猛烈，被迫放弃。而防护较强的平远舰则继续顶着炮火接近松岛号，14:34平远舰距松岛2200m左右，其260mm主炮发射一枚炮弹，从松岛舰左舷中部下甲板的医疗室斜穿而入，击穿1英寸厚的装甲，破坏了鱼雷发射室，击毙多名鱼雷兵，又以副炮及小口径机关炮多次命中松岛号，造成其巨大损伤，后又命中严岛舰两次，但自己也被重创，于16:00左右退出战斗，前往浅水区灭火自救。而福龙号鱼雷艇，正好碰上了逃跑中的西京丸，在近距离连发三枚鱼雷，其中两枚偏出，最后一枚由于发射距离过近，鱼雷来不及上浮（或是定深有问题）而从西京丸舰身下穿过，否则乘坐西京丸的海军军令部部长桦山资纪定是在劫难逃，那就没有后来的首任台湾总督了，其在舰上狂呼“天神之威助我平安。”
而处于夹击之中北洋舰队各舰处境极为不利，旗舰定远的上层建筑损毁严重，舰上燃起大火。15:10，敌扶桑舰一枚240mm炮弹击穿定远舰首装甲薄弱部位，穿入舱内爆炸引起大火，舱内也涌入海水。危急时刻，致远舰迅速赶来救援，挡在定远舰前与敌舰炮战，为旗舰扑灭大火排出浸水赢得了宝贵时间。但致远舰也因此受损严重，右舷水线下中弹大量进水，致使船体发生30度倾斜。生死时刻，管带邓世昌决定使用冲撞战术撞向吉野，又有一说是其本意是接近吉野舰发射鱼雷，还有一说是致远舰的目标根本不是吉野，而是敌旗舰松岛。至于真实情况究竟如何，现在已很难查证。个人还是比较倾向于致远舰的目标非是吉野而是松岛，原因有二，一是吉野舰航速太快，致远舰又重伤进水，鱼雷攻击尚属勉强，何谈追上吉野而冲撞，而松岛舰航速低于致远，同样已是受重创，过去补个刀是绝佳选择；二是在利萨海战中，奥地利海军同样以劣势舰队迎战意大利舰队，同样以横阵对纵阵，决胜点就是奥地利海军的马克西米连号撞沉了意大利舰队旗舰意大利号，邓世昌欲以同样方式将日本旗舰松岛号送入黄海海底进而扭转败局，我相信这个可能性很大。但天不遂人愿，致远舰的鱼雷舱被敌炮火击中而引起巨大爆炸，于15:30沉没，全舰两百余名官兵仅7人获救，邓世昌拒绝救援，抱着爱犬，沉入大海。战后光绪皇帝亲书“今日漫挥天下泪，有公足壮海军威”的悼词。
济远舰管带方伯谦见超勇、致远相继沉没，顿时吓得肝胆俱裂，下令济远舰转向逃离战场，请大家注意，济远舰并不是受重创为防止舰体沉没而前往浅水区自救抢修，而是直接逃往旅顺方向。同小队的广甲舰受其影响，亦转向逃离战场。如果说在丰岛海战中，济远舰尚可被勉强当成因不得已而撤离的话，此处黄海海战则是百分百的畏敌如虎、临阵脱逃。更加可气的是济远舰在逃离过程中慌不择路，居然一头撞向正在浅水区抢修自救的扬威舰，本来尚有一丝生机的老舰扬威，经这一撞，彻底被宣判了死刑，舰体开始沉没，而济远舰在完成“冲撞攻击”后，未对扬威舰上的官兵实施任何救援，反而加速逃离战场。扬威舰管带林履中悲愤不已，毅然蹈海赴死。而一同逃离的广甲舰结局更是滑稽，在三山岛海域触礁搁浅，被困数日后于23日因害怕被日本舰队俘获而自毁。这便是海战的第二阶段，日本联合舰队取得战场绝对主导权和巨大战果。
接下来便是海战的最后阶段。北洋舰队由于两舰沉没，两舰逃离，剩余各舰亦受到重创，除去定远、镇远凭借坚固装甲尚可继续作战，余下的来远、靖远、经远都不得不暂时退出战场，前往浅水区自救抢修。日本第一游击队的四舰抓住这个机会，紧紧追击着北洋舰队那几艘受伤舰只。于是战场上仅剩下定远、镇远两舰外加一艘鱼雷艇（应该是一直在做救援工作的左一，但也不排除福龙号追击西京丸后又返回战场的可能）对抗敌本队的松岛、千代田、严岛、桥立、扶桑五舰。16:07，镇远舰一枚305mm主炮炮弹命中松岛号前部左舷，穿透装甲击中其320mm主炮下方的传动机械，致使其主炮完全报废（据说这枚炮弹还引爆了一些速射炮弹，使得一门120mm速射炮直接被炸离舰体）。16:25，遭受重创的松岛号已无法继续战斗，于是发出各舰自行随意作战的命令，但据说是舰上情势危急，慌乱中所挂旗语不是那么标准，被日本各舰理解为所挂旗帜是所谓的“不管旗”。本队中的桥立号见此情形，冲出编队驶向舰队最前方，欲替代松岛号的旗舰位置。双方继续鏖战。
