Русская эскадра, несколько перестроившись, продолжала двигаться вперед. Крейсер «Новик» перешел в конец кильватерной, так как появились вспомогательные отряды японской эскадры. Главные силы японцев старались перерезать курс русским кораблям, остальные отряды, по 3–4 крейсера, шли с ними параллельными курсами, постепенно окружая их. Свободным оставался только путь в Артур. Своим маневром Того как бы предлагал повторить 10 июня.
В половине первого с расстояния 70–80 кабельтовых японцы открыли огонь. Русские ответили. Завязалась перестрелка. Желая уйти от охвата и проскочить мимо японского головного отряда, Витгефт изменил курс влево. Конечно, имея целью прорыв во Владивосток, командующий русской эскадрой поступил правильно. Однако этот маневр вывел противников на контркурсы, что явно ухудшало возможности стрельбы с русских кораблей, ибо японцы шли против солнца под острым углом.
Витгефт потерял преимущества в артиллерии. Но и Того после расхождения на контркурсах запоздал с разворотом. В результате русская эскадра оторвалась от противника, и в 13 часов 30 минут огонь прекратился. Японцы устремились в погоню, и, несмотря на преимущество в скорости, ни один из них ближе 70 кабельтовых к русской эскадре не приблизился. Вновь начался огневой бой. И вновь Того, допустив грубые ошибки в маневрировании, упустил Витгефта. Русские корабли прорвались в открытое море. Только преимущество японцев в скорости позволило им продолжать преследование.
Из первого боя, так удачно сложившегося для русской эскадры, обе стороны вышли без потерь. Незначительные повреждения получили «Цесаревич» и «Полтава», у японцев же серьезно пострадал флагманский броненосец «Миказа» и броненосный крейсер «Ниссин».
Второй бой начался около пяти часов вечера, огнем с расстояния 40 кабельтовых. Первой открыла огонь отставшая от всех «Полтава». За ней вступили в бой остальные русские корабли, сосредоточив стрельбу на японском флагмане. Японцы также вели огонь в основном по «Цесаревичу». B 6 часов 30 минут 12-дюймовый снаряд с «Ретвизана» попал в башню броненосца «Миказа». Получивший еще в первом бою серьезные повреждения, тот отвернул и с трудом вернулся на прежний курс. И здесь произошло непоправимое: крупнокалиберный снаряд разорвался в центре фок-мачты «Цесаревича». Командный мостик заволокло дымом. Витгефт был разорван на части. С ним погибли флагманский штурман лейтенант Азарьев, флаг-офицер мичман Эллис и несколько матросов. Остальные, находившиеся на мостике и вблизи его, получили серьезные ранения. Среди них был начальник штаба контр-адмирал Матусевич. Оставшийся в живых командир «Цесаревича» капитан 1-го ранга Иванов, находившийся в момент взрыва в боевой рубке, умышленно не подавая сигнал о гибели Витгефта, повел эскадру. Еще через несколько минут снаряд попал в боевую рубку. Погибли все там находившиеся. Был поврежден рулевой привод и привод управления. Потерявший управление броненосец стал описывать циркуляцию. А поскольку сигналов с флагмана не поступало, то корабли стали повторять его маневр. Этот момент боя был решающим, пожалуй, роковым для русской эскадры. Поняв наконец, что «Цесаревич» неуправляем, наши корабли начали ложиться на прежний курс. Строй эскадры нарушился. Инициатива полностью перешла к японцам, которые резко усилили огонь.
В эти минуты решительно и самоотверженно действовал командир «Ретвизана» капитан 1-го ранга Шенснович. Желая помочь эскадре выровнять строй и восстановить боевой порядок, он дал броненосцу полный ход и бросил его на таран одного из кораблей японской эскадры. «Ретвизан» принял на себя сосредоточенный огонь всех японских кораблей. Когда он уже приблизился менее чем на 12 кабельтовых к противнику, Шенснович был ранен. Так и не осуществив до конца свой маневр, «Ретвизан» отвернул…
Броненосцы и крейсера продолжали маневрировать, не прекращали отстреливаться, пока контр-адмирал Ухтомский не разглядел на «Цесаревиче» сигнал: «Адмирал передает начальство…» Не придумав ничего лучшего, он повернул в Артур, выбросив сигнал: «Следовать за мной». За ним пошли броненосцы «Ретвизан», «Севастополь», «Полтава», «Победа».
Много позже стала известна судьба остальных кораблей. В разгар боя командир отряда крейсеров контр-адмирал Рейценштейн, державший флаг на «Аскольде», помня приказ прорываться любой ценой, поднял сигнал: «Крейсерам следовать за мной». Развив скорость до 22 узлов, он пошел на прорыв. За ним устремились «Новик», «Диана», «Паллада». Последние не могли дать скорости, равной «Аскольду», и отстали. Несмотря на ураганный огонь с японских кораблей, «Аскольд» и «Новик» прорвали кольцо и ушли. «Диана» и «Паллада» присоединились к уходящим в Артур броненосцам. Ночью эскадра разделилась. Командиры броненосца «Цесаревич», крейсера «Диана» и четырех миноносцев повернули в море, решив все-таки двигаться во Владивосток. «Цесаревич» дошел до арендуемого Россией порта Циндао, «Диана» пришла в Сайгон, а «Аскольд» в Шанхай. Все корабли были там интернированы.
Крейсер «Новик» отстал от «Аскольда», получив пробоину ниже ватерлинии. Для следования во Владивосток не хватало топлива. Командиру крейсера капитану второго ранга Шульцу ничего не оставалось, как зайти в порт Циндао. Но там «Новик» не остался. Приняв на борт 250 тонн угля, он ночью, без огней вышел из порта и взял курс на север. Японию крейсер обошел с востока. И опять ему не хватило угля. 7 августа крейсер зашел в Корсаковский порт на Сахалине. В тот же день его настиг один из посланных вдогонку быстроходных японских крейсеров «Цусима». Японцы узнали о курсе «Новика» от американского парохода, случайно встретившего крейсер на северо-востоке от Японских островов. Прекратив погрузку угля, крейсер вышел в море и вступил в бой. Скоро «Цусима», получив серьезные повреждения, сильно накренившись, отступил. Но и у «Новика» добавилась еще одна пробоина ниже ватерлинии. Были также повреждены котлы и руль. За ночь моряки крейсера собирались исправить повреждения. Не успели. К «Цусиме» на помощь подошли корабли противоминного отряда японцев. «Новик» в своем положении не мог принять нового боя и просто уйти: Командир крейсера, не желая спускать флаг перед противником, затопил его в тот же день.
Уведомить Владивостокскую эскадру о выходе Порт-Артурской на прорыв в Чифу был послан миноносец «Решительный». Выполнив поручение, командир миноносца лейтенант Рощаковский из-за невозможности дальнейшего хода приготовил миноносец к взрыву как раз тогда, когда в порт вошли два японских миноносца и потребовали сдачи судна. Рощаковский отказался. Японцы ворвались на миноносец, пытаясь поднять на нем свой флаг. В рукопашной схватке, возникшей на борту, русские моряки не уступили: потеряв убитыми одного человека и ранеными около дюжины, японцы побежали с корабля. Миноносец русские моряки взорвали.
Однако телеграф сделал свое дело. Владивостокская эскадра в составе крейсеров «Россия», «Громобой» и «Рюрик» под командой адмирала Иессена вышла навстречу артурской.
В Корейском проливе русские крейсера ждал отряд адмирала Камимуры — шесть кораблей среднего ранга (крейсеров) и несколько миноносцев, — которому Того приказал преградить русским путь в Желтое море. На рассвете 1 августа противники встретились. Сразу завязался ожесточенный бой. От сосредоточенного огня первым получил тяжелые повреждения «Рюрик». Особенно тяжелый характер носили пробоины в кормовой части и повреждение руля. Более трех часов «Громобой» и «Россия» прикрывали раненого «Рюрика», давая ему возможность исправить повреждения, но с каждым часом их положение становилось все более критическим. Оставаться около поврежденного крейсера означало подвергнуть серьезной опасности два других. Потеряв половину офицеров и четверть нижних чинов, «Громобой» и «Россия» повернули во Владивосток, рассчитывая увести японскую эскадру от израненного «Рюрика». Камимура действительно пошел за русским отрядом, но оставил два крейсера — «Нанива» и «Такачиха» — добивать «Рюрик». Японский адмирал рассчитывал прижать отступающих русских к корейскому берегу и уничтожить. Однако, обладая более чем двукратном преимуществом в силах, он проявил нерешительность и в 10 часов утра прекратил преследование.