東鄉平八郎中將親率艦隊主力：4艘主力艦、8艘重巡洋艦，在大東溝附近隱蔽待機。
1905年4月27日夜間，俄國艦隊透過日方第一道海上警戒線，日方偵察艦在遠距離上，進行不間斷地跟蹤監視，並及時用無線電將情況報告東鄉平八郎。
因此，東鄉對俄國艦隊的實力、航向、航速和隊形瞭如指掌。
28日晨，沙俄第二太平洋艦隊司令、羅日傑斯特溫斯基發現了日本哨艦的行動。
當時俄國艦隊成行軍隊形：第1、第2裝甲艦大隊在右翼，第3裝甲艦大隊和巡洋艦大隊在左翼，運輸船隊居中。
11時後，羅日傑斯特溫斯基命令艦隊成戰鬥隊形：右翼2個大隊向左靠攏，開到左翼第3大隊前面，全艦隊成單排一列式（縱隊）。
各艦航速不一，司令官沒有明確規定慢的加速，快的減速，結果造成大混亂。
12時許，羅日傑斯特溫斯基忽然心血來潮，判斷日本艦隊可能以橫隊隊形向他攻擊，因此又命令俄國艦隊成橫隊隊形。
於是艦隊開始進行複雜的機動動作。此時，羅日傑斯特溫斯基顯然由於擔心其戰鬥隊形過早被敵人發現，忽然又下令全艦隊恢復行軍隊形，再次引起大混亂。
在曾經的歷史上，日俄戰爭之後，無數軍事專家分析總結這場大戰，發現這場戰爭最為顯著的特點就是，日軍將領精明幹練，俄軍將領——無論海軍陸軍——都非常愚蠢。
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在世界幾千年的軍事歷史上，都難得遇到這樣的事情：戰爭的一方將領是同樣的愚蠢，而對方將領都是同樣的精明。
尼古拉二世活該輸掉戰爭，他雖然長了一雙眼睛，卻跟瞎子沒什麼分別，更確切點說，他是沒有辨別賢愚的能力，作為君主，這太要命了。
13時40分左右，日本艦隊主力在右前方出現，成單排一列式，企圖截斷俄國艦隊的航線。
臨戰前，羅日傑斯特溫斯基再次下令成戰鬥隊形，但已經來不及了。東鄉截斷了俄國艦隊的航線，並在距敵35-38鏈的海域向左轉彎，劃了一個“U”字形。
轉彎時，日本艦隊處於俄艦火力威脅之下，而且相當一部分艦艇無法回擊，因為視線和射界被己方艦艇遮蔽。
這個動作在海軍戰術上是違反常規的，但這時俄國艦隊正處於變換隊形的混亂之中，羅日傑斯特溫斯基雖然下令開炮，結果形成盲目射擊，浪費彈藥，並且喪失了戰機。
日本艦隊完成了轉彎之後，首先集中火力猛攻俄國艦隊的旗艦，海戰開始半小時後，羅日傑斯特溫斯基的旗艦“蘇沃洛夫號”被迫退出戰鬥。
羅日傑斯特溫斯基本人負重傷，其他幾艘旗艦也相繼被擊沉擊傷。俄國艦隊失去指揮，陷入一片混亂。
俄國艦隊力圖擺脫截擊的敵艦，但因為航速慢，沒有得逞。
日艦則充分發揮其航速快的優勢，迅速機動，佔領俄國艦隊前進方向的有利位置，猛烈炮擊，俄艦被擊沉擊傷多艘。
16時許，海上起霧，雙方在煙霧迷漫之中繼續混戰，日本裝甲艦隊與俄國裝甲艦隊，因為大霧，曾一度脫離接觸。
日俄裝甲艦隊大戰時候，日本巡洋艦隊和俄國巡洋艦隊，在偏南的海域也在進行激戰。18時半，俄國裝甲艦隊開往該海域參戰。
此時，在司令羅日傑斯特溫斯基負重傷後，俄軍副司令涅博加託夫才接管指揮權，並下令艦隊繼續北進。
當天夜間，日軍又出動37艘魚雷艇和21艘驅擊艦，對殘餘的俄國艦隊實施魚雷攻擊。
29日晨5時許，俄軍副司令涅博加託夫，率領僅存的少數艦隻向海參崴方向逃跑。9時許，遭到日本艦隊圍攻，涅博加託夫懸白旗、繼而懸日本國旗投降。
這次海戰，俄國太平洋第二艦隊，除3艘艦船逃往海參崴之外，其餘全軍覆沒。
艦艇損失總計達27萬噸，比後來第一次世界大戰中，著名的日德蘭海戰雙方損失的總和還要大。
俄軍陣亡4830人，被俘5917人.他們等於是萬里跋涉、克服重重艱難來送死。日方只損失巡洋艦兩艘，魚雷艇7艘，人員陣亡僅217人，傷583人。
當天下午，戰鬥結果傳出，如此懸殊的戰損比例，讓世界一片譁然，日俄戰爭，俄國海軍太平洋艦隊全軍覆沒。
臨時編組來援的第二艦隊，主力是波羅的海艦隊，也大部被殲滅。
日俄戰爭開始時，按照艦船噸位算，俄國是一等海軍強國，此戰結束後，降為四等海軍國家。
沙皇尼古拉二世收到海戰結果的時候，正在處理“波將金號”起義事件。
1905年4月28日，俄國黑海艦隊“波將金號”鐵甲艦的士兵，在蓬勃發展的工農運動的影響下，為抗議沙皇政府的惡劣待遇，舉行了起義。
起義的水兵嚴懲了他們最痛恨的軍官，選出了起義的領導機構，在艦上豎起革命紅旗，29日，起義的水兵，將軍艦開至正在舉行總罷工的敖德薩。
國內，軍隊開始動搖，公開轉向革命暴動，這夠讓尼古拉二世憤怒了，就在這時候，他接到了日俄海戰戰損懸殊的結果，尼古拉二世都不知道該作何反應了。
憤怒？沮喪？生氣？絕望？老天爺呀！不，上帝呀！這讓我怎麼活下去呀？？？
沙皇愣怔幾分鐘後，突然發作，摔碎了辦公室內一切可以摔碎的東西，然後跳腳大罵羅日傑斯特溫斯基愚蠢、無能，詛咒他下地獄，被地獄的吞噬之火燒死！
尼古拉二世如暴躁的雄獅一樣，一邊大聲咒罵一邊走來走去，他太絕望了！
翌日，東北俄軍總司令李涅維奇中將來電報，忠義軍上百輛戰車向北迂迴，有包抄俄軍後路的意圖，問沙皇到底該怎麼做？
心灰意冷的尼古拉二世回電報，讓他撤軍到哈爾濱，然後與忠義軍談判，力爭佔據黑龍江。焦頭爛額的局面左右支應，沙俄根本打不起仗了。
忠義軍只是擺出一副包抄的架勢，一炮未開，俄軍撤退時候卻你爭我搶，混亂不堪，最搞笑的是，降為“滿洲”第一集團軍司令的撤退專家庫羅帕特金，仍熱是第一個跑路撤退。
俄軍忙不迭地撤退，結果組織混亂，將撤退變成了逃跑，將大批軍事物資、槍炮彈藥扔在了四平街，忠義軍的戰車徐徐跟著，跟出了吉林省，過了松花江，進入黑龍江境內。