比平壤之战稍晚时，已经几度错失彼此的北洋与日本海军，终于在海上相遇了，由此爆发了一场两军主力舰队之间的大决战。
在这场海战中，丁汝昌率领的北洋海军，共有十一艘战舰参战，几乎包含了其能够出海作战的全部精锐。分别是：
“定远”号、“镇远”号、“致远”号、“靖远”号、“经远”号、“来远”号、“济远”号、“超勇”号和“扬威”号，以及新加入的“安远”号和“嘉远”号。
其中“嘉远”号因前期执行侦察和通报的任务，投入交战的时间较短。
此外北洋还有数艘鱼雷艇和“蚊子船”在战场周边，并未加入战斗。
日本联合舰队一方的战力，则为伊东佑亨亲领的十二艘战舰，也已涵括了其近全部的主力，还分别编为本队和第一游击队投入作战。
其中伊东指挥的本队，共有八舰，即“松岛”号、“千代田”号、“严岛”号、“桥立”号、“浪速”号、“高千穗”号、“扶桑”号和“比叡”号。
日军“吉野”号、“秋津洲”号、“隐岐”号和“天草”号，四艘航速最快的防护巡洋舰，则组成了第一游击队，由坪井航三指挥。
这场海战进行得十分惨烈，双方都付出了很大的代价，北洋海军尤甚。
北洋十一舰在此战中，致、经、济、超、扬五舰战沉，余者除“嘉远”号轻伤外，皆受重创，官兵伤亡九百余人。
日方这边，“比叡”号和旗舰“松岛”号被击沉，“严岛”号、“浪速”号、“扶桑”号和“吉野”号受创严重，其余各舰也皆有损伤，人员伤亡近四百人。
从战损结果对比来看，此战的胜者无疑是联合舰队。
但也是由于日方存在指挥混乱，将领胆怯避战等因素，致使其未能凭借优势继续扩大战果，否则北洋余下各舰的命运也将凶多吉少。
不过，因为可用战舰相对较多，且伤舰修复迅速，战后一周左右，联合舰队就又重新开始活跃在海面之上。
反观北洋海军，仅旅顺基地有一座大型船坞可用，基地又缺乏技术工人和必要的物资，导致为数不少的需要入坞维修的伤舰，需要排队空等，让本已残缺的战力恢复得更加艰难。
如此一来，尽管朝廷和李鸿章都反复催促，北洋舰队仍花费月余时间，才勉强能够出海巡弋，与敌再行决战更是妄求，日本也就此掌握了战区的制海权。
日本在数日之内，连续在陆海两个战场上取得了大胜，不仅令各方震惊，就连他们自己都感到意料之外。
在此般惊喜的刺激下，兴奋的日军开始谋划要继续进攻大清本土，首先便是要乘胜入侵辽东半岛。
也正是侦知了日军的动向，李鸿章这才急催北洋舰队，要尽快离开旅顺。
事实上，清军败得如此之快，也很是出乎两江的意料。得报之后，陈济怀等人在惊叹之余，还有些措手不及。
两江本想先稳坐钓鱼台，估摸到年底前再视情形展开行动，看来着实是高估了北洋的战力，以致当下竟有些准备不足。
因此，在查明日军接下来意图入侵大清之后，两江迅速的发出了警告，准备控制一下局势发展的进程。
相应的，不甘于就此收手的日方，也又开始了新一番的紧急交涉和申辩。
日本人辩解道，目前他们虽然取得一些胜利，但清国却并未认输，清军主力也仍然存在。
