В ходе дневного боя 14 мая 3-й броненосный отряд адмирала Небогатова («Николай I», «Генерал-адмирал Апраксин», «Адмирал Сенявин» и «Адмирал Ушаков») выпустил 90 — 305-мм снарядов, 400 — 254-мм, 261 — 229-мм, 1064 — 152-мм и 1250 — 120-мм снарядов. Корабли отряда пострадали незначительно. Наибольшие повреждения получили «Николай I», лишившийся 305-мм орудия, и «Адмирал Ушаков», на котором было затоплено носовое отделение. В результате скорость броненосца упала до 10 узлов и ухудшилась маневренность, что сильно снизило его боеспособность. Интересно, что «Адмирал Сенявин» не получил ни одного попадания. На всех кораблях отряда были 11 убитых и 57 раненых.
14 мая уже в темноте, около восьми часов вечера, «Николай I» взял курс на Владивосток. За ним последовали корабли главных сил, некоторые крейсера и миноносцы. Как и во время похода, броненосцы 3-го отряда не включали прожекторов и погасили все отличительные огни, кроме кильватерных, позволявших им сохранить свое место в строю. Затемнение и увеличение скорости до 12 узлов позволили кораблям сравнительно быстро выйти из зоны атак японских миноносцев. При этом снарядом с кормовой башни «Адмирала Сенявина» был добит поврежденный японский миноносец (№ 34 или № 35), оказавшийся без хода в свете прожекторов броненосцев 2-го отряда. За «Николаем I» держался поврежденный, но еще боеспособный броненосец «Орел», сохранивший полный ход и часть артиллерии. Однако около девяти часов вечера от флагмана начали отставать корабли, поврежденные в дневном бою и не способные держать 12-узловой ход. Отстал севший носом «Адмирал Ушаков», которого обошли «Генерал-адмирал Апраксин» и «Адмирал Сенявин». К 23 часам весь отряд Небогатова совершенно скрылся из виду.
В 8 часов утра 15 мая на броненосце «Адмирал Ушаков» обнаружили легкий крейсер «Читосе» под флагом вице-адмирала С. Дева. «Читосе» вместе с миноносцем «Ариаке» спешил присоединиться к главным силам, только что потопив поврежденный 14 мая миноносец «Безупречный». «Читосе» подошел на 40 кабельтовых (7,3 км) к «Адмиралу Ушакову», но атаковать его не решился и ушел, не открывая огня. Около 14 ч. 15 мин. к «Ушакову» подошли броненосные крейсера «Ивате» и «Якумо». В 16 ч. 50 мин. контр-адмирал Симамура распорядился поднять сигнал по международному своду: «Ваш флагман сдался, предлагаю вам сдаться». Однако совет офицеров броненосца единогласно решил: «Драться, пока хватит сил, а потом уничтожить броненосец».
После 17 часов «Адмирал Ушаков» открыл огонь из 254-мм и 120-мм орудий по «Ивате». Японцы в 17 ч. 10 мин. ответили с дистанции около 49 кабельтовых (около 9 км). Первый 203-мм снаряд попал в броненосец не ранее, чем через 10 минут после начала боя. Он ударил в борт напротив носовой башни и сделал большую пробоину у ватерлинии. Затем 152-мм снаряд вывел из строя правое носовое 120-мм орудие, а другой 152-мм снаряд вызвал возгорание и взрыв трех беседок со 120-мм патронами. В батарее начался пожар, загорелись обшивка борта и рундуки в жилой палубе. Через 20 минут после начала боя крен броненосца на правый борт стал затруднять вращение башен, а еще через 10 минут огонь из них пришлось прекратить. Огонь продолжала вести только одна 120-мм пушка под управлением мичмана И.А. Дитлова.
Командир броненосца «Адмирал Ушаков» В.Н. Миклуха, решив, что все возможности сопротивления исчерпаны, приказал затопить броненосец, а команде спасаться. Около 6 часов утра 15 мая «Адмирал Ушаков», погружаясь носом в воду, лег на правый борт, перевернулся и затонул.
В ходе 30-минутного боя «Ивате» и «Якумо» выпустили 89 — 203-мм и 278 — 152-мм снарядов и добились четырех-пяти прямых попаданий.
Японцы подобрали в воде 328 человек команды броненосца, 7 офицеров и 87 нижних чинов погибли.
Крейсер «Дмитрий Донской» в ходе дневного боя 14 мая получил лишь незначительные повреждения верхних надстроек и шлюпки. Вечером он держался за крейсерами «Олег» и «Аврора», шедшими на юг. Но, не имея возможности развить достаточную скорость, стал отставать и с наступлением темноты совсем потерял их из виду. Тогда «Дмитрий Донской» повернул на северо-восток. Всю ночь крейсер успешно отбивал атаки японских миноносцев, а с рассветом 15 мая увидел миноносец «Буйный», на котором находился адмирал Рожественский. Адмирал перейти на «Дмитрий Донской» не захотел, его перевезли на «Бедовый», который ушел вместе с «Грозным». А «Буйный» остался около «Дмитрия Донского». Но вскоре выяснилось, что «Буйный» не может следовать за крейсером, и потому команда с него была снята, а сам миноносец затоплен несколькими выстрелами с «Дмитрия Донского». После чего крейсер продолжил путь прежним курсом.
Около 16 часов с крейсера увидели на горизонте дымки, а справа вдали на траверзе — японскую эскадру, шедшую контркурсом. «Дмитрий Донской» резко повернул на северо-запад, рассчитывая пройти левее острова Дажелет. Через некоторое время с «Дмитрия Донского» определили, что дымки на горизонте принадлежат японским крейсерам «Ицукусима», «Мацусима» и «Хасидате» и броненосцу «Чин-Иен». К 17 часам с левого борта показалось два трехтрубных быстроходных крейсера, «Нийтака» и «Отава», которые быстро приближались. Командир «Дмитрия Донского» решил попытаться выброситься на острова Дажелет, до которого оставалось не более 25 миль, и крейсер пошел туда полным ходом. Японские крейсера с левого борта быстро нагоняли «Донского», а около 18 ч. 30 мин. с одного из них был сделан первый выстрел. «Дмитрий Донской» открыл ответный огонь. Поначалу попаданий было мало, но к вечеру японцы пристрелялись. Вражеский снаряд вывел из строя рулевой привод, и крейсер пошел в сторону японских крейсеров, после этого число попаданий увеличилось.
К концу боя на «Дмитрии Донском» была пробита труба, и из-за резко упавшего давления в котлах скорость его не превышала пяти узлов. С наступлением темноты бой прекратился. Тут начались атаки японских миноносцев, которые продолжались до 22 часов. В темноте крейсер подошел к острову Дажелет и остановился в четырех кабельтовых (732 м) от берега. Затем подошел на два кабельтовых, отдал якорь, спустил шлюпки и начал эвакуировать команду на берег. К 6 часам утра перевозка команды была закончена. «Дмитрий Донской» с немногими оставшимися на его борту людьми под командой капитана 2-го ранга Блохина снялся с якоря и отошел на 45-саженную глубину (около 100 м). Тут на нем открыли кингстоны, и «Дмитрий Донской» медленно и без крена пошел ко дну, а остававшаяся на нем часть команды на баркасе вернулась на берег.
Крейсер «Владимир Мономах» после дневного сражения сначала шел в кильватер «Дмитрию Донскому», но с наступлением темноты отстал и остался один. Тогда крейсер повернул на северо-восток и взял курс на Владивосток. До девяти часов вечера было отбито три минные атаки. Примерно в это время сзади показался миноносец, давший условный сигнал. Это был «Громкий», и ему было приказано держаться как можно ближе за кормой.
Пока господа офицеры и команда разглядывали «Громкий», к правому борту крейсера подошел японский миноносец и в упор выпустил торпеду, сделавшую огромную пробоину. Под пробоину был подведен пластырь. «Громкий», увидев, что «Владимир Мономах» остановился, дал полный ход и просигналил, что идет во Владивосток.
После полуночи «Мономах» шел полным ходом, но кое-как закрепленный пластырь сорвался, и в пробоину хлынула вода. Командир крейсера, оценив ситуацию и решив, что до Владивостока крейсер не дойдет, приказал идти к ближайшему берегу, чтобы на него выброситься. «Мономах» переменил курс и повернул на запад.
Около 8 часов утра «Мономах» подошел к острову Цусима. Вода в это время уже подходила к топкам, давление пара упало, и крейсер мог идти только самым малым ходом. Команда начала спускать шлюпки и переносить на них раненых. К «Мономаху» подошел японский вспомогательный крейсер и также спустил шлюпки, на которые высадилась часть команды русского крейсера. Многие матросы добирались до японского крейсера вплавь. Последние моряки, оставшиеся на «Мономахе», открыли кингстоны, и около 9 часов утра 15 мая «Владимир Мономах» скрылся под водой.
