此后致远、经远也被日军击沉，管代邓世昌、林永升殉国，北洋水师陷入困境，更加倒霉的是，广甲舰在战斗中触礁（后来的大总统黎元洪就在这艘舰上），济远舰更是莫名其妙的撤出战场（管代方伯谦战后被处死）。
日本舰队虽有多艘战舰受到重创，但一舰未沉。至下午五点，日军指挥官伊东祐亨怕天黑后遭到北洋水师鱼雷艇的袭击，下令撤出战斗，大东沟海战宣布结束。
从牌面上看，北洋水师战败自不必讳言，尤其是因为缺乏速射炮，北洋水师在命中率相差不大的前提下（10%对15%），中弹甚多，但日本舰队也是惨胜，虽然没有被击沉，受创也十分严重，例如其旗舰松岛号，被定远12英寸主炮直接命中，当场炸死80人，指挥官伊东祐亨被迫更换旗舰。如果不是北洋水师准备不足，缺乏爆炸弹，日军可能损失更为严重。
但此战却极大打击了北洋水师的信心，此后剩余军舰避战不出，困守刘公岛，最终全军覆没。
北洋水师的失败，可以说是中国近代历史的一道分水岭，此战过后，朝廷上下意识到，“中学为体，西学为用，师夷长技以制夷”的主张已经过时，制度才是一切变革的根本，由此，变法之声开始不绝于耳，近代历史的变革迎来了一个新时期。
