1984年9月17日,北洋舰队和日本海军在黄海海域发生鏖战。其规模之巨大，战斗之激烈，时间之持久，在世界海战史上是罕见的。是甲午战争期间中日双方海军的一次主力决战。
在这次海战中，北洋舰队参战的军舰为十艘，日本联合舰队参战的军舰为十二艘，数量的对比为十比十二。北洋舰队参战的总吨位为三万一千三百六十六吨，日本联合舰队为三万八千四百零一吨，相差七千三十五吨；北洋舰队的平均航速为每小时十五点五海里，日本联合舰队为每小时十八点一海里，每小时差二点六海里。特别在发射速度方面日本联合舰队拥有速射炮一百一十五门，而北洋舰队却一门速射炮也没有。相比之下，无论是从速度、吨位还是火力等方面北洋舰队都是处于劣势的。
左宗棠曾说“战事还凭人力，亦不专在枪炮也。”在此次大东沟海战之中得到了充分的体现。在战斗中，北洋舰队虽然损失惨重,但也重创日本海军。
北洋舰队在胜利完成护送增援平壤的总兵刘盛休的铭军八营赴大东沟任务,返航途中遭遇主动出海寻找北洋舰队以求决战的日本海军。
北洋各舰皆将舢板解除，仅留六桨小艇一只，意在表示军舰之运命，即乘员之运命，舰存与存，舰亡与亡，岂可有侥幸偷生之念，或借舢板遁逃，或忍败降之辱哉？
中日双方各自保持战斗队形，相对行驶。在双方距离5400公尺时。定远管带刘步蟾指挥发射黄海海战的第1枚炮弹落于日军先锋舰吉野舷侧。于是这场海上鏖战的帷幕正式拉开了。日舰第一游击队的头船吉野驶至距北洋舰队约三千公尺处，也开始发炮。两军大小各炮，连环轰发，不少间断。
北洋舰队超勇、扬威二舰本是木质的包铁旧式兵船，乃北洋舰队十舰中最弱之舰，舰龄已在十三年以上，速力迟缓，火力与防御能力皆差，敌不过号称帝国精锐”的日本第一游击队四舰。超勇、扬威二舰中弹甚多，共罹火灾，焰焰黑烟将全舰遮蔽。不久，超勇右舷倾斜，难以行驶，终于被烈火焚没。扬威起火后，又复搁浅，失去了战斗力。丁汝昌在飞桥上督战，由于船身中炮而猛簸，抛堕舱面。丁汝昌受伤后，刘步蟾代为督战。虽然超勇，扬威二舰中弹起火，但北洋舰队冲断敌阵，重创比睿、赤城两艘敌舰，使其丧失战斗力而逃出战列。此时北洋舰队是占上风的，而日本联合舰队则处于失利的地位。
日军舰队开始渐渐转居上风,对北洋舰队形成夹击之势，使北洋舰队腹背受敌。丁汝昌身负重伤，而置个人的生命危险于度外，他拒绝部下要他进舱养息的规劝，裹伤后始终坐在甲板上激励将士。定远的信号装置即被敌舰的排炮所摧毁，指挥失灵，因而除定远、镇远两姊妹舰始终保持相互依持的距离外，其余诸舰只能各自为战。
致远管带邓世昌见日舰第一游击队正由北洋舰队的右翼向左回旋，驶至定远舰的前方，并向定远进逼，企图施放鱼雷。为了保护旗舰，下令开足机轮，驶出定远之前，迎战来敌。致远舰中弹累累，连续受到敌舰十寸至十三寸重炮榴霰弹的打击，水线下受伤，舰身倾斜，势将沉没，而且弹药将尽，邓世昌见敌舰吉野横行无忌，早已义愤填膺，准备与之同归于尽，以保证全军的胜利。他对都司帮带大副陈金揆说：“倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事！”陈金揆深为感动，开足马力，鼓轮怒驶，且沿途鸣炮，不绝于耳，直冲日队而来。当时，正在吉野舰上指挥的日本先锋队司令官海军少将坪井航三急忙下令驶避，同时施放鱼雷。致远中其鱼雷，机器锅炉迸裂，船遂左倾，顷刻沉没。管带邓世昌、大副陈金揆和二副周居阶等同时落水。邓世昌坠海后，其随从刘相忠为抢救他，也跟着持救生圈跳入海中，拉他浮出水面。但是，邓世昌以阖船俱没，义不独生，仍复奋掷自沉。此刻，邓世昌所养的一只狗名为“太阳犬”，用嘴叼住他的发辫，使其不能沉入海中。邓世昌誓与舰共存亡，毅然用手将狗头按入水里，自己也随之沉没于波涛之中。于是，邓世昌同全舰二百余名将士，除二十七名遇救获生外，余者全部壮烈牺牲，以身殉国。
济远管带方伯谦看到致远舰沉没，却吓得大惊失色。置其他战舰于不顾，转舵逃跑，逃跑时撞到已经搁浅的扬威舰,致使扬威舰沉海。扬威管带林履中、大副郑文超、二副郑景清等半数官兵皆殉国。
广甲舰管带吴敬荣见济远逃跑，也急忙随之驶出阵外，因慌不择路，离开航线，迫近丛险石堆，致使船底触石进水，不能驶出，遂致搁浅。吴敬荣则弃舰登岸，逃命而去。第二天，广甲即被日舰击沉。
经远管带林永升率领全舰将士，有进无退，奋勇摧敌。日本吉野、高千穗、秋津洲、浪速四舰死死咬住经远，先以鱼雷，继以丛弹，经远舰以一抵四，毫无畏惧，拒战良久。林永升突中敌弹，脑裂阵亡。都司帮带大副陈军和二副陈京莹也先后中炮牺牲。经远舰在船行无主的情况下，水手们坚守岗位，决不后退一步。此时，经远与敌舰相距不到两千公尺，遭到日舰第一游击队的近距离炮火猛轰，尤其被吉野之六寸速射炮猛烈打击，遂在烈焰中沉没。舰身虽在逐渐下沉，水手们仍然继续开炮击敌，一直坚持到最后的时刻。全舰二百余人当中，除十六人遇救生还外，余者全部葬身海底，壮烈殉国。
此时北洋舰队超勇、扬威二舰焚，致远、经远二舰沉，济远、广甲二舰逃，只剩下定远、镇远、靖远、来远四舰仍在坚持战斗，而日舰本队尚余松岛、千代田、严岛、桥立、扶桑、西京丸六艘，加上第一游击队之吉野、高千穗、秋津洲，浪速四舰，则共有十艘战舰。
战事还凭人力，亦不专在枪炮也。在北洋舰队处于如此之劣势的情况下,靖远管带叶祖珪和来远管带邱宝仁，觉察到敌人的险恶用心，便临时结成姊妹舰,彼此保持一定的距离以互相依持，坚持与敌人战斗到底。在激烈的海战中，靖远、来远二舰以寡敌众，苦战多时均受重伤。来远舰中弹二百多颗,一颗炮弹在来远舰甲板上爆炸，引起猛烈火灾，延烧房舱数十间。靖远也中弹十余颗，特别是水线为弹所伤，进水甚多。靖远、来远二舰冲出敌舰的包围，驶至大东沟西南的大鹿岛附近，以吸引日舰第一游击队离开作战海域。靖远、来远二舰早已抢先占据有利的地势，背靠浅滩，一面抓紧灭火修补，一面用舰首的重炮瞄准敌舰。日舰第一游击队害怕吃亏，不敢靠近，只是来回遥击，丧失了自由机动的能力。
定远、镇远二舰，同日舰本队松岛、千代田、严岛、桥立、扶桑五艘猛烈搏斗。每船致伤千余处，火焚数次。右翼总兵定远管带刘步蟾肩负重任，指挥得力。左翼总兵镇远管带林泰曾指挥镇远舰与定远舰密切配合。镇远与定远的配置及间隔，始终不变位置，用巧妙的航行和射击，镇远时时掩护定远，援助定远且战且进。当定远与日本旗舰松岛号相距大约两千公尺时，由定远发出之三十公分半大炮命中松岛右舷下甲板，轰然爆炸，击毁第四号速射炮，且左舷炮架全部破坏，并引起堆积在甲板上的药包爆炸。后松岛发出信号各船随意运动！实际上，这是一个撤退的信号。于是，日舰本队各舰便竭力摆脱定远、镇远二舰，向东南方向逃逸。定远镇远在后追击。日舰本队被迫回头复战。定远、镇远二舰在弹药所剩无几。日舰本队受创严重。其旗舰松岛不但舱面之物扫荡无存而且舰体吃水线以下部分被击中数弹，炮手及其他人员蒙受重大损害，濒于沉没。其余四舰或受重伤，或遭小损，业已无一瓦全。
靖远、来远修竣归队。靖远舰管带叶祖珪知道定远桅楼被毁，无从指挥，便主动代替旗舰，从旁升收队旗。于是，来远、平远、广丙诸舰及福龙、左一两鱼雷艇随之，尚在港内的镇南，镇中两炮舰和左二、左三两鱼雷艇也出港会合。北洋舰队声势益振。
日军见北洋舰队集合后，愈战愈奋，害怕被歼，便挂出“停止战斗”的信号，便立即向南逃驶。北洋舰队尾追数海里,因其航速不如日本战舰。遂收队驶回旅顺。
黄海海战历时5个多小时，北洋水师损失致远、经远、超勇、扬威、广甲5艘军舰，来远受重伤，死伤官兵约800人；日本舰队松岛、吉野、比睿、赤城、西京丸5舰受重伤，伤亡239人。
此次海上鏖战,北洋舰队在处于劣势的情况下。致远管带邓世昌、经远管带林永升、超勇管带黄建勋、扬威管带林履中以身报国。方伯谦、吴敬荣率济远舰和广甲舰逃跑。丁汝昌深受重伤,激励将士。定远管带刘步蟾、镇远管带林泰曾、靖远管带叶祖珪、来远管带邱宝仁指挥得当,最后使日本海军主动撤出战场。北洋舰队虽然损失惨重,但也未曾战败。其原因在于北洋舰队官兵不怕牺牲。在面对危险时果敢沉着。各舰管带指挥得当,相互配合。至于方伯谦、吴敬荣两人胆小怕事,临阵脱逃。其行为可耻至极,若官兵诸如此类又岂有不败之理。
黄海海战虽损失惨重,但是北洋舰队广大爱国将士发扬了不屈不挠的勇敢精神，在中国人民反帝斗争史上写下了光辉的篇章。
