战至下午14时15分左右，日军舰队绕至北洋舰队身后，与正面的游击队成前后夹击之势。此时邓世昌指挥的"致远舰"受日军"吉野号"、"高千穗"等战舰集中攻击，船身多处受炮击，受伤严重，船身倾斜。"吉野号"见状后认为其已无法反击，打算驰援其他舰船。邓世昌见"吉野号"恃其船坚炮利便横行无忌，愤然言："倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事。"决意以舰为弹，撞向敌舰与其同归于尽。邓世昌毅然指挥"致远舰"尽最后之力，全速冲向"吉野号"，敌军见状大惊失色，遂集中火力向其攻击。最终，"致远号"经不住日军火力压制被击沉，舰上官兵除七名获救外其余全部阵亡，管带邓世昌本有机会获救，但毅然拒绝了前来救援的随从，并称："我立志杀敌报国，今死于海，义也，何求生为！"其所养爱犬游至主人身边企图阻止他，然邓世昌决计与舰共存亡，将犬首按入水中一同与舰上官兵250余人一同沉入水中以身殉国。
此役前后历时五个多小时，规模之大，时间之长，为世界海战史所罕见。最终，北洋舰队损失五艘军舰，死伤官兵千余人，日军舰队五艘军舰受重创，死伤官兵六百人。战况上我方损失虽比日军大，但并非完全战败。然李鸿章为保全实力，令北洋舰队撤回威海港内不准迎敌。这一命令无异于直接举手投降，日军在双方势均力敌情况下，轻而易举地获得了黄海的制海权。
甲午战争最终以北洋水师的全军覆没结束，这也标志着清政府最后的垂死挣扎以失败告终，这之后清政府与日本签订丧权辱国的《马关条约》，然而这仅是一个开始，笼罩在中国人民头顶的黑暗才刚刚启幕。但是，丁汝昌，邓世昌之辈奋勇抗敌，不畏牺牲的精神也鼓舞了当时的中国人。若没有这些先辈们的牺牲，也不会有现在的平静生活罢。
