Японские корабли были современнее, лучше бронированы и вооружены, имели большую скорость. У русских кораблей на борт могли стрелять лишь 6х203-мм, 22х152-мм и Зх120-мм орудия, а японцы 16х203-мм и 28х152-мм орудиями.
В 5.05 японские корабли открыли огонь, русские ответили. На дальних дистанциях русские стреляли лучше, но японцы стали сближаться, ввели в действие 152-мм орудия и начались попадания в русские корабли. Русские крейсера прибавили скорость и начали маневр уклонения. Японцы повторяли их маневры и, пользуясь преимуществом в скорости, постепенно сближались. Их огонь начал причинять все больше повреждений русским кораблям. Японские снаряды разрывались на большое число осколков и вызывали большие потери на слабо бронированных русских крейсерах. Наиболее тяжелые повреждения получил крейсер "Рюрик", на нем начались пожары, и он стал отставать. В 5.23 в "Россию" попал снаряд, повредивший четвертую трубу, и крейсер резко сбавил ход. В этот момент "Рюрик" получил подводную пробоину в корме. В 5.36 к японцам подошел крейсер "Нанива", открывший огонь по "Рюрику". "Россия" и "Громобой" стали маневрировать, чтобы огнем отогнать японский корабль от поврежденного крейсера. В 6.28 на "Рюрике" подняли сигнал: "Руль не действует". Руль крейсера оказался заклинен в положении на правый борт. Крейсер отстал от остальных русских кораблей, и теперь по нему стреляли все корабли противника.
В 6.38 Иессен повернул крейсера спасать "Рюрик". "Россия" и "Громобой" отвлекали огонь противника на себя, позволяя "Рюрику" исправить повреждения. С 6.38 до 8.25 крейсера, прикрывали поврежденный крейсер. В это время японцы добились наибольшего числа попаданий в "Россию" и "Громобой". На "России" начался пожар на полубаке, у крейсера были разбиты три дымовые трубы, скорость значительно снизилась. В свою очередь "Россия" добилась попадания в "Идзумо", а "Рюрик" в "Ивате". Один из снарядов разорвался на юте "Громобоя" и вывел из строя несколько орудий, убив до 50 человек. В 7.12 на "Рюрике" смогли исправить повреждения, корабль увеличил скорость и стал удерживаться на курсе. В 7.20 русские крейсера предприняли очередной прорыв, но у "Рюрика" не хватало скорости. Японцы стали расстреливать отстающий крейсер. В командование "Рюриком" вступил лейтенант Иванов-13-й. В 8.10 русские крейсера вернулись к "Рюрику" и на них вновь сосредоточился огонь противника, нанося кораблям новые повреждения. Это была последняя попытка выручить своего собрата. В 8.25 Иессен окончательно повернул во Владивосток. Его преследовали японские крейсера. Огонь русских кораблей продолжал наносить повреждения японцам. В 9.20 из строя вышел крейсер "Адзума", и в 9.50, дав последний залп, японцы развернулись в сторону "Рюрика".
Тем временем, "Рюрик" остался один против двух крейсеров противника. На русском корабле были повреждены надстройки, разбиты мачты и трубы, крейсер описывал циркуляции и практически не управлялся, стрелять могли лишь несколько орудий. "Нанива" и "Такачихо" начали расстреливать крейсер, выбрав место за кормой. На "Рюрике" хотели торпедировать подошедшие близко крейсера противника, но в торпедный аппарат попал снаряд. Взрывом крейсеру были нанесены тяжелейшие повреждения, число убитых и раненых возрастало. Японцы продолжали обстрел гибнущего корабля. В 10.05 орудия "Рюрика" сделали последний выстрел, и его командир решил затопить крейсер. В 10.20 "Рюрик" лег на левый борт и затонул. В упорнейшем и кровопролитном пятичасовом бою экипаж "Рюрика" совершил подвиг, достойный славы "Варяга", и не сдался противнику. Из 22 офицеров крейсера погибло 9 и было ранено 9, из 796 матросов погибли 193, ранено — 229 человек. 3 августа "Россия" и "Громобой" вернулись во Владивосток. На "России" погибло 48 и ранено 165 человек, на "Громобое" — убит 91 и ранено 182 человека. Оба корабля получили тяжелые повреждения, на исправление которых ушло более двух месяцев. Больше крейсера отряда активного участия в боевых действиях не принимали. Из японских крейсеров наибольшие повреждения получили "Ивате"(10 попаданий, 39 убитых, 6 раненых) и "Идзумо"(20 попаданий, 3 убитых, 6 раненых). Общие потери на японских кораблях составили 44 убитых и 71 раненый.
Гибель 1-й эскадры
Вернувшиеся в Порт-Артур корабли эскадры немедленно приступили к исправлению повреждений. Уже через неделю все корабли вновь могли выйти в море, дать бой противнику и попытаться прорваться во Владивосток. Надо было решать, что дальше будут предпринимать оставшиеся корабли эскадры. Мнение наместника по этому вопросу оставалось прежним — прорыв во Владивосток. Но на совещании флагманов 6 августа большинством голосов было решено остаться в Порт-Артуре и целиком подчинить эскадру борьбе на сухопутном фронте. Только командир "Севастополя" капитан I ранга Н. О. Эссен высказался за выход эскадры в море, чтобы в бою с противником нанести ему как можно больше повреждений и, таким образом, облегчить задачу 2-й Тихоокеанской эскадры. Пусть несколько наших броненосцев погибнет, но и противник понесет потери.
С этого момента эскадра фактически перестала существовать как оперативно-тактическое соединение, которое ведет активные боевые действия на море. Теперь корабли можно было воспринимать лишь как плавучие батареи, которые вели перекидной огонь по противнику из гавани Порт-Артура, не покидая места своей стоянки и лишь иногда выходили из крепости, чтобы поддержать наши войска. Стоит отметить, что артиллерия броненосцев значительно облегчила нашим войскам отражение первых двух штурмов крепости. Кроме того, корабли стали плавучими арсеналами вооружений — все орудия, которые только можно было снять и установить на берегу, постепенно отдавали на сухопутный фронт.
Не остались без дела и экипажи кораблей — из них формировали десантные роты, немедленно отправлявшиеся в качестве подкрепления на передовую. Они возвращались на корабли только для отдыха и пополнения состава, поскольку процент потерь среди моряков был довольно высоким.
Теперь крепость покидали в основном лишь миноносцы. Они использовались для поддержки наших войск и охраны тралящих караванов и кораблей, обстреливающих вражеские позиции, да на минные постановки. Активную поддержку нашим войскам оказывали и канонерские лодки. Выходы всех кораблей на внешний рейд стали очень опасными — подходы к крепости были буквально нашпигованы минами, которые японцы ставили практически каждую ночь. 5 августа на мине погибла канонерская лодка "Гремящий". 10 августа броненосец "Севастополь", как наименее поврежденный, вышел на обстрел японских батарей в бухту Тахэ. Его сопровождали 9 миноносцев. На корабле было лишь 300 человек — менее половины штатного экипажа. Подавив японскую батарею, с броненосца заметили приближающиеся японские корабли. "Севастополь" стал возвращаться в Порт-Артур и в 11.45 подорвался на мине. Корабль получил пробоину, но смог своим ходом вернуться в крепость. Это был последний выход крупного корабля эскадры в море. 11 августа на мине подорвался миноносец "Разящий", ему начал оказывать помощь миноносец "Выносливый", но также подорвался на мине и быстро затонул. "Разящий" был приведен в крепость на буксире миноносца "Расторопный".
Противник тоже понес потери от мин — 21 августа погиб японский истребитель "Хаядори", 3 сентября — канонерская лодка "Хайен", 8 сентября на мине подорвался крейсер "Ниитака".
