К этому времени контр-адмирал Витгефт, убедившись, что концевой броненосец «Полтава» не в состоянии держать установленный 15-узловой ход и что от противника ему не уйти, осознал, что вскоре предстоит новый бой. Собрав на мостике флагманского «Цесаревича» свой штаб, Витгефт поставил перед ним вопрос о возможных вариантах действий эскадры в сложившихся условиях. Большинство офицеров отмолчалось. Тогда слово взял лейтенант Кетлинский. Его предложение было вполне разумным и грамотным Учитывая выгодное расположение артиллерии на русских броненосцах, позволявшее вести сильный кормовой огонь, и то, что противник находился в роли догоняющего, Кетлинский предложил принять бой на отходе в строю фронта, переведя противника за корму, для чего эскадре надлежало выполнить два поворота на восемь румбов: первый вправо «последовательно» и второй — влево «все вдруг.» При этом русская эскадра получала значительное превосходство в артиллерии, которого она была лишена, ведя бой на параллельных курсах. Как знать, прими тогда Витгефт предложение Кетлинского, и судьба эскадры, а вместе с ней и судьба всей Русско-японской войны могла сложиться совершенно иначе. Но, выслушав своего флагманского артиллериста, Витгефт его предложение отклонил Командующий желал иного — затянуть начало нового боя до близкой уже темноты, а ночью уже окончательно оторваться от японцев. О том, кто из двоих прав, контр-адмирал или лейтенант, историки спорят до сегодняшнего дня.
Далее события развивались следующим образом Адмирал Того настиг нашу эскадру к 16 часам, сблизившись с концевой «Полтавой». Около 17 часов «Цесаревич» попал под плотный огонь, получая одно за другим попадания крупнокалиберных снарядов. Адмирал Витгефт, желая сбить пристрелку противника, увеличил ход и отвернул вправо. В это время, видя, что японцы вот-вот накроют броненосец, Кетлинский предложил Витгефту перейти в боевую рубку или хотя бы на верхний мостик, куда меньше залетали осколки. Сославшись на то, что в боевой рубке и без него тесно, Витгефт отказался, заявив, что ему «все равно, где помирать».
Примерно, через 5—10 минут после того, как японцы пристрелялись к «Цесаревичу», взрыв 305-мм снаряда, попавшего в фок-мачту, буквально смел с мостика штаб командующего эскадрой. Тело самого контр-адмирала Витгефта было практически уничтожено взрывом. Осколками снаряда и кусками мачты были убиты: флагманский штурман лейтенант Азарьев, флаг-офицер мичман Эллис, три матроса, ранены флаг-офицеры — лейтенант Кедров, мичман Кушинников. По роковой случайности был ранен и начальник штаба контр-адмирал Матусевич, к которому должно было перейти командование. В момент взрыва он спускался с верхнего мостика с докладом командующему.
Получив сообщение о гибели командующего и ранении начальника штаба, командир «Цесаревича», капитан 1-го ранга Иванов решил «вести бой дальше сам и во избежание могущего быть расстройства» не сообщать эскадре о гибели адмирала.
Но капитан 1-го ранга Иванов не мог, разумеется, заменить командующего, и единственное, что ему оставалось делать, — следовать прежним курсом Японцы тем временем продолжали нагонять нашу эскадру, неся при этом от нашего огня также большие потери. Так, когда очередной наш снаряд поразил «Миказу», адмирал Того лишь чудом остался жив. Не меньшие потери несли и наши.
Вскоре противники снова сблизились на дистанцию наиболее эффективного артиллерийского огня. Сражение достигло своей кульминационной точки. Ни одна из сторон все еще не могла получить перевес
…Солнце уже клонилось к горизонту, и его лучи хорошо освещали русскую эскадру. Ничего похожего на расстройство ее боевого порядка или на тяжелые повреждения кораблей заметно не было. Наши корабли по-прежнему продолжали отвечать огнем на огонь и упорно следовать своим курсом. Было очевидно, что дальнейшее продолжение сражения уже теряло какую-либо перспективу для адмирала Того. Ему пора было выходить из боя…
И тут в ход сражения еще раз вмешался его величество случай. Ход всех дальнейших действий на море, а может и всей войны в целом определило попадание лишь одного снаряда!
В 17.45 в просвет боевой рубки «Цесаревича» ворвался вихрь осколков снаряда крупного калибра, взрыв которого и решил исход боя. Все находившиеся в этот момент в боевой рубке были убиты или ранены. Погибли старший штурманский офицер Драгичевич-Никшич, рулевой старшина, несколько нижних чинов, получили тяжелые ранения и потеряли сознание командир корабля 1-го ранга Иванов, флагманский артиллерийский офицер лейтенант Ненюков, старший минный офицер лейтенант Пилкин, флагманский артиллерийский офицер Кетлинский и все нижние чины, находившиеся на своих постах. Осколками снаряда был поврежден рулевой привод, а так как за несколько минут до попадания руль был положен немного вправо для удержания корабля на курсе, то броненосец начал описывать циркуляцию.