Пока «Цесаревич» ремонтировался, военная обстановка на южном театре продолжала ухудшаться. Последовавшая вслед за гибелью «Петропавловска» высадка японцев на Ляодунский полуостров привела к тесной блокаде Порт-Артура и с моря, и с суши. Туманный призрак гибели флота в случае падения крепости с каждым днем приобретал все более и более реальные черты. Русская армия, теснимая десантными силами японцев, откатывалась к линии артурских фортов. Необходимость ухода флота из Порт-Артура уже понимали все. Однако, с не меньшей ясностью все понимали, что прорыв из Порт-Артура не удастся осуществить без боя с японским флотом, а это страшило и командование русской эскадры, и ее личный состав на всех уровнях...

Временно командующий эскадрой контрадмирал Витгефт, засыпаемый приказами адмирала Алексеева, требующего немедленного ухода флота из Артура, откладывал выход, ожидая окончания ремонта поврежденных кораблей. Ремонт «Цесаревича» продолжался. Броненосец продолжал высылать свои катера для дозорной службы и траления, а 5 мая с «Цесаревича» в бухту Инцендзы, где предполагался японский десант, была послана десантная полурота с четырьмя пулеметами под командованием лейтенанта Азарьева. Однако, японцы десанта в этой бухте не высаживали. И полурота лейтенанта Азарьева вернулась 14 мая в Порт-Артур в общем потоке отступления русских войск от Кинджоу. А между тем, 22 мая на «Цесаревиче» был установлен последний лист наружной обшивки и 24 мая от борта броненосца был отведен кессон. После четырехмесячного ремонта «Цесаревич» снова был в строю. (Внутренние работы по монтажу легкой настилки поверх броневой палубы и исправлению переборок продолжались еще около двух недель). 25 мая 1904 года на «Цесаревиче» поднял свои флаг контр-адмирал Витгефт, перенеся его с броненосца «Севастополь». Эскадренный броненосец «Цесаревич» стал флагманским кораблем 1-й Тихоокеанской эскадры. 1 июня «Цесаревич» занял место флагманского корабля в Восточном бассейне Порт-Артура, а «Севастополь» перешел в Западный бассейн.

Эскадра продолжала готовиться к прорыву из Порт-Артура. Выход откладывался по различным причинам со дня на день, пока наконец не последовал приказ адмирала Витгефта быть готовыми к прорыву из Порт-Артура к 03.30 10 июня.[3] Адмирал Витгефт делал все возможное, чтобы сохранить в тайне день выхода эскадры в море. Однако, весь Порт-Артур знал о дне выхода, поскольку спешную погрузку угля и других запасов, снятие кессонов и постановку орудий нельзя было скрыть. Всем, кроме того, было известно время полной воды, видны были и приготовления в порту для вывода на рейд боевых кораблей. Более того. 7 июня с «Цесаревича» был разослан по всем кораблям приказ Витгефта следующего содержания:

В тот же вечер приказ был опубликован артурской газетой «Новый край». Начался переполох: полиция кинулась конфисковывать номер газеты, а командиры кораблей были вызваны на «Цесаревича» с требованием вернуть приказ. По кораблям поползли самые невероятные слухи, настроение и боевой дух совершенно упали.

Наконец, 10 июня в 04.00 по сигналу с «Цесаревича» корабли эскадры начали выходить на внешний рейд. Выход из порта шел очень медленно из-за поломок на кораблях и организационной неразберихи. Когда броненосец «Цесаревич» вслед за «Севастополем» и «Полтавой» начал выходить на внешний рейд, к нему подошла шлюпка с крейсера «Аскольд», с которой предупредили, что на якорном месте «Цесаревича» замечено несколько мин, выставленных японцами на небольшой глубине. В этот момент с «Цесаревича» по обоим бортам было замечено несколько плавающих мин, и корабль был вынужден сменить назначенное якорное место. Мины продолжали всплывать, и вскоре стало ясно, что эскадра выходит на минную банку. Интересно, что в ночь перед выходом с наблюдательных пунктов флота, в том числе и от дежурного офицера на Золотой горе, пришло несколько сообщений о том, что японцы ставят мины на внешнем рейде. Но утром об этом почему-то забыли. Около девяти часов «Цесаревич» поднял сигнал: «Спустить паровые катера, обследовать промежутки между судами. Затем: «Аскольду осмотреть в море плавающие минные заграждения».

Началось запоздалое траление, в ходе которого вблизи «Цесаревича» была обнаружена банка из четырех мин, взорвавшихся одновременно. На «Цесаревиче» крестились, снимая фуражки: «Бог пронес!» Траление продолжалось до 12.40, когда сигналом с «Цесаревича» было приказано поднять все шлюпки и катера. Затем на всех кораблях зачитали уже давно опубликованный в газете и прочитанный японцами приказ адмирала Витгефта о прорыве из Порт-Артура и отслужили молебны. Только в 14.00 по сигналу с «Цесаревича» эскадра стала сниматься с якоря и медленно вытягиваться в море за тралящим караваном. «Цесаревич» шел замыкающим в колонне броненосцев. В 14.50 на броненосце «Цесаревич» испортился рулевой привод. (После ремонта капитан 1 ранга Григорович предупреждал о ненадёжности рулевого привода корабля, из-за неправильно собранных, поврежденных взрывом, несущих рам и станин). Пока рулевой привод исправляли, «Цесаревич» то стопорил машины, то давал снова ход, задерживая всю эскадру. Привод удалось исправить только к 16.00.

Эскадра продолжала движение, медленно ковыляя и совсем не напоминая боевое соединение, идущее на прорыв. В 16.40 был наконец отпущен тралящий караван, а в 16.50 эскадра перестроилась из походного ордера в боевой, имея головным флагманский броненосец «Цесаревич», который, увеличив скорость до десяти узлов, лег на курс S020°. Перестроение было сделано очень медленно, растянув линию эскадры и вызвав дополнительную неразбериху. Глядя с мостика «Цесаревича» на маневрирование вверенных ему кораблей, адмирал Витгефт был очень удручен и, тяжело вздохнув, сказал, ни к кому не обращаясь: «Нет, ничего не получится. У покойного Степана Осиповича, может быть, что-нибудь и получилось бы. У меня — нет».

Примерно в 17.10 мрачные мысли командующего эскадрой были прерваны докладом сигнальщиков о появлении главных сил противника. Четко маневрируя, идя отдельными отрядами, подняв стеньговые флаги, японцы шли на сближение с русской эскадрой, охватывая ее с флангов и отрезая от берега. Со страхом смотря на своего грозного, опытного противника, адмирал Витгефт и офицеры его штаба неожиданно с совершенной ясностью для себя поняли, что шансов пробиться через японский флот нет никаких, что они будут разгромлены, рассеяны и смяты уже через несколько минут после начала боя, не только не выполнив поставленной задачи прорыва, но и еще более усугубив серьезность положения на южном театре военных действий. В 18.50, когда расстояние между эскадрами сократилось до пятидесяти трех кабельтовых, адмирал Витгефт принял решение не вступать в бой и вернуться в Порт-Артур. По сигналу с «Цесаревича», эскадра повернула на шестнадцать румбов и легла на обратный курс, оставляя противника за кормой.

Адмирал Витгефт и офицеры штаба эскадры, к сожалению, не знали (да и не могли знать, конечно), какое ошеломление, весьма близкое к панике, царило на японских кораблях. Несмотря на многочисленные агентурные сведения, японские моряки так и не верили до конца в возможность ввода в строй «Цесаревича» и «Ретвизана». Сейчас же, увидев эти корабли в строю русской эскадры с «Цесаревичем» в качестве флагмана, они были потрясены. Совсем недавно японский флот уже заплатил за слишком уж сильное пренебрежение противником гибелью двух броненосцев первой линии и нескольких других кораблей, а если вспомнить извечную японскую психологию, ввергающую их в уныние при любых неудачах, то цепь неудач, пусть даже очень короткая, могла иметь для флота адмирала Того, несмотря на его высочайшую боевую подготовку, самые катастрофические последствия. 10 июня 1904 года Русский Флот упустил свой шанс...