9月17日，也就是平壤陷落的第三天，在黄海上爆发了一场规模惊人的大海战。
倭军联合舰队精锐尽出，已经在平壤西部海域游弋多日。
本队第一群阵共5艘战列舰，包括大和号战列舰、长门级高速战列舰里的长门号、陆奥号、天城号和加贺号，最高航速为26节。
本队第二群阵共4艘战列舰，包括扶桑级战列舰里的扶桑号、山城号，伊势级战列舰里的伊势号和日向号，最高航速为26节。
第一游击队包括4艘轻巡洋舰，吉野号、浪速号、秋津洲号与高千惠号，最高航速为29节。
还下辖3个驱逐队，12艘驱逐舰。6个鱼雷艇队，24艘鱼雷艇。
第二游击队包括4艘巡洋舰，金刚级高速巡洋舰里的金刚号、比睿号、榛名号以及雾岛号，最高航速达30节。
还下辖2个驱逐队，8艘驱逐舰。4个鱼雷艇队，16艘鱼雷艇。
共计1艘7万吨级的超级战列舰、8艘3万吨级的战列舰，8艘巡洋舰，20艘驱逐舰以及40艘鱼雷艇，总吨位达80万吨。
自从平壤陷落之后，皇太子对鸭绿江防线忧心忡忡，开始紧急调兵增援。而陆路行军速度太慢，内地的部队绕一个大圈子才能到达，而海运较为快捷，皇太子决定由海路进行增援，北方舰队负责全程护航。
上午8点，10艘运输船在大东沟卸载完毕，第403步兵师的一万名战士由此开赴鸭绿江防线。一个小时后，舰队开始返航。
10点23分，倭军联合舰队第二游击队率先发现了北方舰队的第一梯队舰艇，并且后续舰艇源源不断，连忙通知联合舰队本阵。
联合舰队司令官东乡中将通过无线电向各舰训话：“帝国兴废在此一战，诸君一同奋励努力！”
得知敌人主力倾巢而出的消息后，联合舰队水兵们的血液沸腾了。
7分钟后，北方舰队第一巡洋舰队的阿芙乐尔号巡洋舰上的哨兵发现了联合舰队的大量舰艇，舰队司令马卡罗夫拉响了战斗警报，各舰的水兵们都冲到炮位，炮弹上膛，准备战斗。
看到敌人出动那么多舰艇，他不禁倒吸了一口凉气。
舰队司令马卡罗夫大声下达命令：“舰队由双纵队改为楔形横队，各舰保持舰首对敌。各分舰队务必协同行动保持阵形，随旗舰而机动！”
北方舰队的战斗序列如下：
第一战列舰队：公爵号、鹰号、亚历山大号、博罗季诺号。其中公爵号为舰队司令旗舰。
第二战列舰队：海军上将号、奥斯里号、西索伊号、纳瓦林号
第三战列舰队：尼古拉号、阿普拉号、辛亚文号、乌沙科夫号、弗拉基米尔号
第一巡洋舰队：阿芙乐尔号、奥尔号、德米特里号。下辖6艘驱逐舰。
第二巡洋舰队：金刚石号、珍珠号、绿宝石号、玛瑙号。下辖4艘驱逐舰。
由于只是一次普通的护航任务，第二、第三战列舰队都没有出动，还在旅顺港内。实际参战的只有4艘3万吨级的战列舰、7艘巡洋舰和10艘驱逐舰，总吨位只有约25万吨。
12点05分，在第二游击队的引导下，联合舰队本队呈长长的单纵队向东北方向航行，已经拦在北方舰队的正前方。看到70余艘军舰一下子全部出现，北方舰队水兵们感到空前的压力。
这时，联合舰队司令官东乡中将下达了一个让双方都震惊的命令：“联合舰队各舰依次转向右舷16点！抢占发射阵位！”
这就意味着，联合舰队要在敌人的炮火打击下做180度转弯，以占据战列舰对阵时有利于最大限度地发挥侧舷火力的T字横头位置。但转弯中的舰艇会大大影响其他舰艇的射击，敌人肯定不会错过这个良机的。
果然，在漫长的调整阵形的过程中，北方舰队司令马卡罗夫下令开火，重点打击正在U形转弯的舰艇。
在激烈的炮火轰击下，第二游击队的雾岛号巡洋舰舰尾中弹6发，舵机失灵，在海面上动弹不得，成了北方舰队的活靶子。
马卡罗夫大喜，连忙下令第一战列舰队集中全部的305毫米主炮火力猛烈射击之，引爆了雾岛号巡洋舰舰首主炮的弹药库，殉爆的气浪炸飞了炮塔以及数名水兵，海水大量涌入船舱，1小时后，这艘罪恶的巡洋舰终于沉入海底。
联合舰队司令东乡气的牙痒痒，但还是坚持自己的意志，联合舰队继续进行冒险的U形转弯。
15分钟后，联合舰队终于完成了阵形调整，开始了猛烈的炮火还击。
在北方舰队的猛烈炮火拦截下，联合舰队损失巡洋舰一艘，其他舰艇也都遭受一定损伤。
但此时，火力强弱已经逆转。在付出巨大代价后，联合舰队抢占了T字横头的优势位置，各战列舰的舰首、舰尾的9门主炮都能发挥火力，侧舷的副炮的射界也很宽阔，可以发挥90%的火力。惟一缺点是受弹面积较大。
而北方舰队处于T字中一竖的劣势位置，舰尾的主炮无法发挥作用，侧舷副炮射界狭窄，只能发挥不足60%的火力。
双方指挥官都选择了自己心目中的优势策略，北方舰队在敌众我寡的态势下，选择的是小受弹面积，低火力的战术，而联合舰队选择的是大受弹面积，高火力的战术。
两军开始了猛烈的火炮对射，数百门舰炮的炮声震天，炮弹横飞。在颠簸的海浪中，军舰上下起伏着，射击精度受到巨大影响，大部分炮弹都散落到目标附近两千米的海面，打得浪花四溅。
高速移动的目标、颠簸的海浪，都是影响舰炮命中率的因素。平时的训练大都是在风和日丽的天气里打静止的靶船，命中率高达80%，而实际作战中剧烈下降到3%。
大和舰射击指挥所的水兵们紧张地用大型望远镜观测着主炮炮弹的落点，然后向主炮发出校正信息。
经过30余次修正之后，大和舰的460毫米主炮一炮命中北方舰队的旗舰公爵号的舰桥，几名作战参谋当场牺牲，舰队司令马卡罗夫身负重伤，北方舰队从此失去指挥，陷入各自为战的局面。
看到着火的敌方旗舰，联合舰队司令官东乡兴奋地大喊道：“大和舰班塞！”