艦拋於最後的魚貫縱陣，受到北洋艦隊主力艦的截擊而遭沉重打擊。雙方都在以己之長，攻敵之短，爭取戰爭的主動權。攻擊的目標是敵方的弱艦。在此階段，雖互有損傷，勝負末見，但北洋艦隊仍“維持鱗次陣形，保持艦與艦間隔距離，以六里速力整然航駛”。而倭寇艦本隊的魚貫縱陣則已被打亂。海戰第一階段，北洋艦隊佔上風，倭寇艦隊處境不利。

海戰第二階段，北洋艦隊的超勇、揚威、致遠、經遠號先後沉沒，濟遠、廣甲相繼遁逃，共失去六艦，戰鬥力大大減弱。由於致遠、經遠、濟遠等主要艦隻的損失和遁逃，北洋艦隊已無力主動向敵人進攻，不得不由第一階段的進攻轉為防禦，由優勢變為劣勢，處境十分不利。倭寇方面雖然比睿、赤城、西京丸三艦退出或失去戰鬥力，但這三艦均是最弱的船艦，退出對倭寇艦隊戰鬥力影響不大，反而由於三弱艦退出戰場，使倭寇艦隊無需再分散力量保護弱艦。實際上是減輕了負擔，得以輕裝上陣。這樣，倭寇方由第一階段的劣勢轉為優勢，戰局的發展變得對倭寇有利。

北洋艦隊方面，此時“靖遠、來遠號修竣歸隊，平遠、廣丙、魚雷各艇都要折回”。靖遠號管帶葉祖珪，幫帶劉冠雄知道定遠號桅樓被毀，無從指揮，遂主動代替旗艦定遠升旗集隊。諸艦畢集，軍威重振。集合後定、鎮、靖、來、平、丙六艦相距各八、九米，魚貫東行尾追敵艦十餘里，準備與倭寇再戰。但此時天色已晚，暮色蒼茫。倭寇艦隊懼怕定遠、鎮遠諸艦會合魚雷艇進行襲擊，不敢再戰。開足馬力“向西南一帶飛駛躲避而去”，只一瞬間就逃遠了。北洋艦隊也收隊駛回旅順。至此，歷時五小時的激烈海戰，宣告結束。