В 2 часа 28 минут 14 мая эскадру Рожественского обнаружил японский вспомогательный крейсер «Синано-Мару» под командованием капитана 1 ранга Нарикава, оказавшийся, как выяснилось, в самом центре русской эскадры, которую японцы не теряли ни на минуту. Ветер и волнение были попутными, силой около трех баллов, горизонт окутан легкой дымкой.
В 8 часов на русских кораблях подняли стеньговые флаги по случаю дня коронования императора Николая II. Около 9 часов утра Рожественский приказал броненосцам первого и второго отрядов зайти в голову третьему броненосному отряду контр-адмирала Николая Ивановича Небогатова. В результате эскадра перестроилась в одну кильватерную колонну, растянувшуюся на четыре с лишним мили. На перестроение ушло около двух часов.
Через некоторое время на левом траверзе эскадры появился отряд японских крейсеров, шедших параллельным курсом с русской эскадрой. Отряд состоял из четырех крейсеров вице-адмирала Дева. В 11 часов 15 минут из средней 6-дюймовой башни броненосца «Орел» по крейсеру «Кассаги» произвели нечаянный выстрел. На других кораблях этот выстрел приняли за сигнал к началу сражения и открыли беспорядочную стрельбу. Однако, по сигналу Рожественского «не кидать снарядов», стрельба была прекращена. Японские крейсера повернули на восемь румбов вправо и вновь скрылись в тумане. В 12 часов 5 минут, по сигналу с «Князя Суворова», эскадра легла на курс NO 23 градуса, ведущий во Владивосток. Через несколько минут Рожественский решил перестроить броненосцы в строй фронта, но из тумана появились японские крейсера, и перестроения не произошло.
Японский флагман адмирал Того был прекрасно осведомлен о составе русской эскадры и о ее боевом порядке. Впоследствии он писал: «Несмотря на туманное утро, так что далее чем за пять миль ничего не было видно, и несмотря на то, что неприятель был от меня на расстоянии 20 миль, я тем не менее имел совершенно точное представление о том, что происходит. Хотя я и не видал еще неприятеля, но я знал, что неприятельский флот состоит из всех судов 2-й и 3-й Балтийских эскадр и что этот флот сопровождается семью вспомогательными судами, что неприятельские суда построены в две кильватерные колонны, что их сильнейшие суда находятся в голове правой колонны, а вспомогательные суда в той же колонне в кильватере у них, что неприятель идет на северо-восток со скоростью около 12 узлов».
Около 13 часов 15 минут противники обнаружили друг друга. Японский адмирал дал сигнал: «Судьба Империи зависит от этого боя! Сделайте все, что может каждый из вас!». С первых минут Того стремился выполнить маневр, направленный на охват головы русской эскадры, но, просчитавшись в определении скорости, с первого захода ничего сделать не смог. Он предполагал, что корабли эскадры Рожественского имеют скорость 12 узлов, в то время как их скорость не превышала 9 узлов. Имея значительно большую скорость, эскадра Того проскочила далеко вперед и оказалась на левом крамболе 2-й Тихоокеанской эскадры. Японский адмирал вынужден был пойти на рискованный маневр — последовательный поворот влево, ибо только этот поворот позволял ему в кратчайшее время совершить охват головы русской эскадры. Его кораблям пришлось проходить через одну и ту же точку, по которой без труда могли пристреляться русские броненосцы. Того понимал, что риск велик, но оправдан, так как через каких-то 10–15 минут он сможет поставить палочку над буквой Т, то есть зайти в голову русской эскадры. Если бы он повернул направо, маневр мог бы затянуться, и неизвестно, как бы развернулись события, тем более, что видимость постоянно менялась и Того боялся, что в тумане русские корабли скроются. Этот поворот явился полной неожиданностью и для Рожественского.
Через 16 минут по шедшему впереди «Князю Суворову» начали стрелять сразу четыре японских броненосца, а по «Ослябе» — сначала шесть, а затем восемь броненосных крейсеров.
Пристрелка длилась не более десяти минут, после чего японцы буквально засыпали головные корабли русской эскадры снарядами. «Несмотря на то что значительная часть дерева с наших судов была убрана, его все же оставалось довольно много, и японские фугасные снаряды, взрывы которых развивали очень высокую температуру, произвели ряд пожаров. Горели шлюпки, их рангоут, тенты, настилка мостиков, койки, краска, патроны в беседках и кранцах; на некоторых судах горели палубы. Газы обжигали насмерть людей и были чрезвычайно удушливы. Разрывавшиеся снаряды давали множество осколков и массу раскаленной металлической пыли. Вентиляторные трубы принимали вместо свежего воздуха ядовитые газы разрывавшихся снарядов. В боевую рубку непрерывно попадали осколки снарядов через просветы, иногда целым дождем мелкие щепки дерева, дым, брызги воды от недолетов и перелетов. Шум от разрыва и ударов снарядов вблизи боевой рубки и от своих выстрелов заглушал все. Дым и пламя от разрыва снарядов и частые возгорания близких предметов не давали возможности видеть через просветы рубки, что делается кругом. Только урывками можно было видеть иногда отдельные части горизонта. Никаких правильных наблюдений, да еще в желаемом направлении не было возможно вести». Так описывал в своем донесении флаг-капитан вице-адмирала Рожественского Клапье-де-Колонг первые минуты сражения.
Через четверть часа, получив несколько подводных пробоин, объятый пламенем и с креном на левый борт «Ослябя» вышел из строя. Корабль продержался на плаву еще минут тридцать, затем на виду у всей эскадры перевернулся и пошел ко дну. Подошедшие к месту гибели эсминцы «Бравый», «Буйный», «Быстрый» и буксир «Свирь» спасли несколько офицеров и часть команды. В это время эскадренный броненосец «Князь Суворов» с сильным пожаром в центре, со сбитыми мачтами и разбитой кормовой башней перестал слушаться руля и начал описывать циркуляцию вправо. Сделав полную циркуляцию, броненосец прорезал строй эскадры позади «Сисоя Великого». Броненосец «Император Александр III», шедший за «Князем Суворовым», вначале последовал за флагманом, но, поняв, что он потерял управление, лег на прежний курс и повел за собой эскадру. Рожественский был ранен в голову и временами терял сознание. «Князь Суворов», борясь с пожарами и водой, отбивался от атак противника вплоть до своей гибели. К борту стоявшего без движения «Князя Суворова» подошел миноносец «Буйный» и принял командующего эскадрой с частью штаба. Пылающий броненосец без мачт и труб, с разбитыми башнями и снесенными надстройками еще продолжал стрелять из 75-мм пушки. На «Буйном» подняли флаг командующего. Командование эскадрой перешло к контр-адмиралу Небогатову, находившемуся на броненосце «Император Николай I». Итак, через 40 минут после начала сражения русская эскадра потеряла два броненосца — «Князь Суворов» и «Ослябя»; многие корабли были серьезно повреждены.
Из-за спустившегося тумана сражение прервалось почти на полчаса. В 15 часов 40 минут эскадры вновь открылись. Японцы снова пошли на охват головы русской эскадры, во главе которой находился «Сисой Великий». Не выдержав массированного огня и получив серьезные повреждения, через десять минут покинул строй «Сисой Великий». Его место занял броненосец «Император Николай I». Тяжелые повреждения получил «Орел».
Затем на непродолжительное время главные силы еще раз теряли друг друга из виду. И снова происходила встреча. Японцы заходили в голову, ведя сосредоточенный огонь двух-трех кораблей по одному русскому броненосцу. Около 18 часов 30 минут из строя вышел корабль «Император Александр III».
«Тусклое и совершенно красное в тумане солнце было уже низко, когда по падению неприятельских снарядов можно было думать, — писал мичман с крейсера „Адмирал Нахимов“ Энгельгардт, — что мы через несколько минут будем пущены ко дну. Но в это время с креном, увеличившимся до опасного от циркуляции, прорезал строй „Император Александр III“, и крейсерский отряд адмирала Камимуры сразу же перевел огонь на него. В этом, впрочем, уже необходимости не было, так как гибель его была очевидна… „Император Александр III“ кренился все больше и больше.