Придя в себя от первого, не ожидавшегося со стороны русских отпора, японцы постепенно и осторожно нагоняли. Отказавшись от многообещавшей наступательной тактики, адмирал Витгефт заставлял свою эскадру подчиниться инициативе японцев и вести бой так, как они его предложат. К их главным силам, вступив в кильватер "Ниссин", присоединился головной 2-го отряда броненосный крейсер "Якумо". Таким путем Того (1847–1934) хотел, видимо, создать зрительное впечатление, будто бы ему принадлежало превосходство сил.
Был у него и другой замысел. Уже продемонстрировав в первой фазе боя свое искусство меткой стрельбы на дальние расстояния, но не добившись ожидаемого результата, японцы на этот раз предприняли своего рода "психическую атаку", сблизившись на расстояние действия скорострельных 152-мм пушек. Огонь этих особенно многочисленных орудий вместе с более крупными должен был подавить волю противника "своей скорострельностью. Она, по отзыву участников боя, была в 2–3 раза выше, чем у русских. Бой начался около 16 час. 30 мин.
Боясь, что русские в самом деле сумеют до темноты прорваться в море, японцы развили предельно частую стрельбу, пытаясь сосредоточить весь огонь по "Цесаревичу". Этот первый ставший уже ощутимым опыт массирования огня, не считаясь с огромным расходом снарядов, японцы предприняли на исходе первого часа боя, когда убедились на примере "Полтавы", что традиционная перестрелка, хотя и с преимущественным огнем по головному, не наносит русским заметных повреждений.
Стрельба началось вслед за подъемом на "Микасе" полотна сигнального флага какой-то особенной, невообразимо большой величины. Из-за уменьшения расстояния стрельба не была особенно меткой, но фонтаны воды вставали вокруг "Цесаревича" почти сплошной стеной. Весь штаб, стоявший по примеру командующего, на открытом нижнем мостике обдавало потоками воды. Очень скоро все промокли до нитки. Начали учащаться и попадания 305-мм снарядов. От большего числа попаданий множились повреждения небронированных частей корпуса, но броня нигде пробита не была. Исправными оставались все башни. С повреждениями вызванными ненадежностью техники (отказы электрических и механических систем приводов подачи и заряжания, поломки кронштейнов и роульсов у зарядных столов и т. п.) успевали справляться по ходу боя. Башни все чаще приходилось переводить на ручной режим.
Убийственный огонь японской "психической" атаки, открытый во второй фазе боя, обратился в непрерывный грохот осыпавших башни осколков. Как писал лейтенант Н.Н. Азарьев о своей башне, в ее амбразуры "все чаще летела масса осколков с водой и едким черным дымом" Попадания двух 305-мм снарядов и нескольких калибром 152 мм башню повредить не сумели, но из-за поломки кронштейна направляющего роульса у правого — зарядного стола пришлось вести подачу только левым столом. Скорость стрельбы заметно упала. Стрельба (и это тоже общее наблюдение всех участников боя) крайне затруднялась практической неразличимостью попаданий своих и чужих снарядов. Их разрывы давали такой же малозаметный белый след, как и выстрелы японских орудий.
Отравляющее действие газов, вырывавшихся из каморы орудий при открывании замка заставило лейтенанта три раза менять прислугу орудий за счет бездействовавшей малокалиберной артиллерии. А ее штатного числа тоже для интенсивной стрельбы не хватало. Горько сожалеть приходилось и об отсутствии у орудий оптических прицелов и дальномеров в башнях. Неудобным в условиях боя оказался слишком малым (2°) угол заряжания орудий от чего быстрое нарастание слоя нагара делало подачу снарядов в канал все тяжелее. Все повреждения электрических систем установок корабля в продолжение этого боя оперативно устранялись младшим минным офицером лейтенантом А.А. Щетининым.
Огнем носовой артиллерии корабля успешно (в меру уровня подготовки) управлял ревизор корабля лейтенант А.Ф. Данилов (такова была нехватка в артиллеристах). Ее составляли носовая группа, включая носовую 305-мм башню, две башни 152-мм орудий, пушки боевого формарса, батарея 47-мм пушек на верхнем мостике и батарея 75-мм пушек. Заведуя одновременно всей носовой группой, лейтенант Данилов должен был успевать следить и за огнем орудий. Указания о ведении огня он получал периодически поднимаясь на верхний мостик, от старшего артиллерийского офицера. Строгой централизации огня предусмотрено не было.
Кормовая 305-мм башня уверенно действовало под командованием энергично распоряжавшегося мичмана А.Н. Сполатбога. Он проявил себя истинным командиром и прирожденным артиллеристом. Попаданий в башню долго не было, но и здесь люди то и дело задыхались от удушливых газов — продуктов стрельбы — все более концентрировавшихся в замкнутом пространстве башни. Один матрос, пытаясь отдышаться, высунул голову, открыв дверь и тут же был убит осколком очередного разорвавшегося вблизи снаряда. Но и после этого, чтобы люди в башне совсем не задохнулись, дверь пришлось оставить открытой.
Не выдерживала и техника, оказавшаяся слишком уж "деликатной". Из-за перегорания реостата вертикального наведения левого орудия пришлось действовать им вручную, а сгоревший проводник манипулятора горизонтальной наводки заставил и всю башню поворачивать вручную. У левого зарядного стола соскочил со шкивов трос, отчего подачу для левого орудия временно пришлось питать, через правый зарядный стол. Такое перекладывание снарядов от одного орудия к другому сильно изматывало прислугу и сдерживало темп стрельбы.
Лишь по счастью не осталось без замены место командира башни — вынужденного уйти на замену штурмана на мостик мичмана Сполатбога заменил флагманский минный офицер лейтенант Шрейбер. Иначе башня, составлявшая по сути половину боевой мощи корабля, могла остаться вовсе без офицера. Безупречно действовали во время боя и остальные офицеры. Мичман Д.И. Дараган, оставаясь все время под градом осколков, энергично руководил действиями двух дальне-мерных станций. В готовности к отражению минной атаки сберегал прислугу своих бездействующих пока орудий командир 75-мм батареи мичман Ю.Г. Гадд.
Броня защищала, но половина надводного борта и все надстройки на верхней палубе брони не имели. И потому неудержимо множились их повреждения, нарушая подачу боеприпасов, связь, управление, системы ПУАО и пожаротушения, тягу в дымоходах. Все это начинало сказываться на боеспособности и живучести корабля. Задерживалось, а затем и прекратилось получение сведений о расстоянии до противника. Неожиданное осложнение создало повреждение расположенной по старинке наверху и не снабженной надежным стоком цистерны пожарной системы. Вода из пробитой цистерны беспрепятственно распространялась по кораблю, скапливалась в понизившейся из-за пробоины носовой части. "Цесаревич" все более садился носом, заметно ухудшалась и без того не идеальная управляемость.
Из-за отсутствия в то время на кораблях постов энергетики и живучести, управление системами и механизмами в значительной мере было децентрализовано, и многие посты оказывались как бы представлены сами себе. Не было надзора и за состоянием напорной цистерны, в которую, несмотря на пробоину, насос из машинного отделения продолжал подавать забортную воду.
Угрозу самозатопления корабля предотвратила инициатива лейтенанта А.Ф. Данилова. Не найдя трюмного механика (он был куда-то вызван, а связи с ним тоже не полагалось) лейтенант сам распорядился прекратить подачу воды, послав своих людей в машинное отделение. Ему же, выполняя сразу несколько возложенных на него функций, пришлось взять на себя борьбу с пожаром в каземате спардека в носовой части, заполненном дымом от разорвавшегося японского снаряда. В правом 152-мм погребе потребовалось организовать борьбу с поступлением воды. Она фильтровалась из затопленных отсеков двойного борта, где удар еще одного 305-мм снаряда в стык броневых плит (соединения на "ласточкин хвост" придумано еще не было) вдавил их в борт, вызвав поступление воды.
