李鸿章在对外失望之后，也开始进行最后的战略准备。
淮军在朝鲜一败涂地的情况下，现在对于北洋来说，唯一的机会就是击败日本联合舰队，然后封锁整个朝鲜海岸，使得在朝鲜的日军断绝粮饷，最后不战自溃。
因此在迫不得已的情况下，李鸿章派出了自己的王牌——北洋舰队，南下搜索日本联合舰队。
可是他却不知道，北洋舰队刚一离开，见到他们南下的消息，就被英国人探知，他们立刻通过外交渠道向日本通报了这一情况。
而日本人在接到北洋水师南下的消息之后，马上知道这场战争进入了最关键的时候。
因此日本大本营连夜经过磋商，日本御前会议上决定将“西海舰队”的警备舰队和常备舰队合并成联合舰队。在“联合舰队”中以伊东佑亨担任司令长官一职。
伊东佑亨，明治维新后加入政府海军，1871年任海军大尉，1877年任日进号舰长辅，1882年任海军大佐，先后任龙骧扶桑比睿等舰只舰长，1885年任横须贺造船所长兼横须贺镇守府次长，同年任建造中浪速号回航委员长。该舰服役后任舰长。
1886年封海军少将，就任海军省第一局长兼海军大学校校长，接待了来访的清国舰队，在参观了定远舰后承认是：“如果现在和清国开战，没有胜利的可能，只要‘定远’和‘镇远’两舰就能把全部常备舰队送到海底”1892年升海军中将，横须贺镇守府长官。1893年任常备舰队长官
1894年9月16日，伊东佑亨率联合舰队军舰12艘，由朝鲜渔隐洞锚泊地出发，向黄海北部一带游弋。17日凌晨到达海洋岛，经过侦察，未发现北洋舰队，乃改变航向，向东北方向的大洋河口前进。
而北洋舰队的主力，军舰10艘，附属舰8艘，在1894年9月15日上午，丁汝昌率领下到达大连湾。
铭军的十个营共四千余人分乘五艘附属舰，准备前去朝鲜增援。
中午，舰队抵达鸭绿江口的大东沟，今属辽宁省东港市。到第二日凌晨，军队全部登陆完毕。上午九点，北洋水师的旗舰“定远号”升上龙旗，准备继续搜索日本联合舰队。
由于英国人提前通知了日本北洋水师的情报，所以日本人已经大致知道了北洋水师所处的海域。
在1894年9月16日，上午十点二十分左右，日本联合舰队第一游击队由浓烈的黑烟率先发现了北洋水师，便挂出“东北方向发现三艘以上敌舰的信号旗。
十点半左右，北洋水师镇远舰桅楼上的哨兵也看到了西南方向海面上有黑烟，发现了日本舰队，立即报告指挥丁汝昌，丁汝昌随即命令各舰升火、实弹，准备战斗。
到了这时，双方都已经互相发现对方主力，这一场黄海大战已经不可避免。
北洋舰队有十只战舰，列成了一排，两两一组，成了五个小队，走在小队前面的是小队旗舰，后面的副舰。这样开炮的时候就不会互相伤害。
第一队，定远、镇远；
第二队，致远、靖远；
第三队，来远、经远；
第四队，济远、广甲；
第五队，超勇、扬威。
战斗力和防御能力最强的小队，排得越靠前，冲锋的时候，尖兵都放在前面，保证一开打就挫失对方士气。
各舰管带看到旗语之后，行动非常迅速，连平时慢半拍的老舰超勇和扬威也不甘落后，夹缝鱼贯小队阵很快就摆好了，整个舰队呈楔形梯队，总指挥丁汝昌命令，“各小队须协同行动，始终以舰首向敌，各舰艇务必跟随旗舰协同运动”。
11点30分，伊东祐亨命令各舰迅速做好战斗准备，同时下达了用餐的指令，因为吃饭有助于放松官兵们的紧张情绪，他甚至还允许大家违反规定随意吸烟，随意聊天。
劣质煤让联合舰队更早地发现了北洋舰队，也为他们赢得了吃饭的时间。
而北洋舰队却因为晚发现对手，只能饿着肚子打仗了。
伊东祐亨虽然有些紧张，但却没有变阵这个环节，自始至终，他都在坚持一种阵形——鱼贯单纵队形。
伊东祐亨根本就没有没有动过变阵的念头。因为联合舰队一直都在操练这个阵法，每次操练演习玩的都是这个，已经轻车熟路，熟能生巧。为了使问题简单化，日本摒弃了各种花哨的阵法，只把鱼贯单纵队写进了海军章程。他们没有信心操作更复杂的阵形，所以干脆去繁就简，就练这一招，练精练熟。
因此日本以第一游击队“吉野”、“高千穗”、“秋津洲”、“浪速”4艘速率最高的巡洋舰为先锋，伊东祐亨自乘旗舰“松岛”，率领本队“千代田”、“严岛”、“桥立”、“比睿”、“扶桑”跟进，12时许，又将“西京丸”、“赤城”移至本队左侧。
十二点五十分左右，双方舰队相距约五千三百米，北洋水师旗舰“定远”率先开炮，十秒钟后，“镇远”舰也开炮，紧接着其他各舰发炮齐轰。刹那间，海面上万炮怒放，硝烟弥漫，俨然一幅悲壮的画面。
联合舰队第一游击队在距离北洋水师五千米处，向左转弯，航向北洋水师右翼，冒险地把舰队暴露于北洋水师阵前。十秒钟后，“镇远”舰也开炮，紧接着其他各舰发炮齐轰。刹那间，海面上万炮怒放，硝烟弥漫，俨然一幅悲壮的画面。
可惜的是第1**击都没有击中目标，在接下来的时间里，北洋水师一度处于优势，日本军舰“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋舰队截击。“定远”、“来远”、“经远”重创日舰“比睿”、“赤城”、”西京丸“，“赤城”舰长坂元八太郎阵亡。
而日本军舰再利用船速完成战列编队之后，这才开始还击。经过几轮炮击，击中了北洋水师旗舰“定远”舰主桅，信号索具被炮火毁掉。在飞桥上督战的丁汝昌身负重伤，但是他拒绝随从把自己抬入舱内，依然坚持坐在甲板上督战。
而到了这个时候，日本军舰已经转败为胜，重新占据了战略上的主动，日军第一游击队四舰利用航速优势，绕攻北洋舰队右翼“超勇”、“扬威”，两舰相继被击中起火，退出战斗。
日舰““吉野号””也被北洋舰队击中起火，但很快火被扑灭。下午一点半左右，“超勇”舰沉没，管带黄建勋落水，日舰“左一”鱼雷艇驶近，抛出长绳想去救，但是英雄黄建勋不愿被敌人就起，从容殉难，舰上的官兵也大部分壮烈牺牲。不久，“扬威”舰也沉没。
说道扬威舰的沉没，就不得不说另外一首军舰济远号了，1894年，朝鲜爆发东学党起义，济远号受命与广乙号一同护送兵船登录牙山。
7月25日与日军吉野、秋津洲、浪速三艘实力强劲的穹甲巡洋舰相遇，爆发遭遇战。炮战中济远号被命中司令塔，大副沈寿昌等当即阵亡。在此之前方伯谦的处置都无可异议，但大副的阵亡可能对其造成了巨大的心理影响，济远号开始不顾友军夺路而逃，甚至还挂起了白旗和日本海军旗。以至于后至的操江号被日军俘获、兵船高升号被日军击沉，千余名陆军士兵葬身海底。
不过方伯谦这家伙还是有些能耐的，在回去之后上下打点，终于是将这件事接了过去。
由于逃跑的丑事并未被揭发，方伯谦得以继续率领济远号参加了大东沟海战。
但如同丰岛海战一样，战至中途方伯谦再次选择回撤逃跑，逃跑途中济远号又将被日军重创的扬威号撞沉。
到了下午两点十五分左右，日本舰队绕到北洋舰队背后，与第一游击队形成夹击态势。
北洋舰队腹背受敌，队形更加混乱。在混战中，北洋舰队一直冲杀在前的“致远”舰受到““吉野号””“高千穗”等敌舰的轰击，船身多次受创，船身倾斜。
日军指挥伊东祐亨命令第一游击队救援受伤的“赤城”、“比睿”。““吉野号””冲在最前面，遭遇上船身着火的“致远”舰。
致远舰当时全身受损，船体也开始微微倾斜。邓世昌慷慨的道：“吾辈从军卫国，早置生死于度外，今日之事，有死而已！倭舰专恃吉野，苟沉此舰，足以夺其气而成事”。于是邓世昌毅然命令“致远”舰全速撞向日舰“吉野号”右舷。
日军官兵见状大惊失色，集中火力朝致远舰射击，“致远”舰右侧鱼雷发射管被击中，引起大爆炸。三点半左右在黄海海面沉没，全舰官兵除了七人遇救，其余的全部壮烈殉国。
邓世昌落水后，随从游近递去救生圈，被邓世昌用力推开，“左一”号鱼雷艇抛来救生绳，这位刚烈的管带亦不应，“以阖船俱没，义不独生，仍复奋掷自沉”。
就在邓世昌即将随波沉没的一刻，爱犬竟然游来咬住他的手臂，“公斥之去，复衔其发”，这只通人性的动物也不忍让主人下沉。最后邓世昌毅然抱住爱犬，一起追随“致远”而逝……
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