丰岛海战前，运兵船走的是朝鲜西海岸路线；丰岛海战后，日军控制了朝鲜西海岸的主要入海口，再要向朝鲜运兵，便只能分海陆两段投送，即船只先沿中国海岸前往中朝边界大东沟(鸭绿江口外)，待铭军登岸后，再由陆路直趋平壤。
在丰岛海战中，“高升”号被击沉，使淮军蒙受了惨重损失。海战毕竟不同于陆战，没有地形作为掩护，一旦敌人击毁运兵船，船上的士兵绝大多数都会葬身鱼腹。李鸿章虽不清楚平壤方面的进展，但局势的不断恶化，也让他不敢再掉以轻心，故而令北洋舰队此次全队护航，并特别强调，舰队必须在大东沟等待铭军完全登陆后才能返航。
1894年9月16日，平壤沦陷，叶志超军全军溃退，增援朝鲜的行动事实上已失去意义，但中方对此尚一无所知。当天早晨，丁汝昌亲率大小舰艇十八艘，护送五艘运兵船，自大连湾起航，于当天下午抵达大东沟。
有北洋舰队主力护航，铭军登岸相当顺利，17日晨，他们已全部上岸。北洋舰队完成护航任务后，旗舰“定远”挂出龙旗，各舰做好了在午饭后返航旅顺的准备。
上午11点半，舰队的午饭时间到了，饭菜刚在甲板上摆好，“定远”上有个水师学堂的实习生，突然发现西南海面出现煤烟，仔细一看，一支悬挂着美国国旗的舰队正疾驰而来。
当时美国在黄海并没有大舰队，而且在甲午战争开始后，美国作为中立国，也不可能派遣大舰队开赴鸭绿江口。丁汝昌闻报警觉起来，立即打旗语通知各舰，随后，他偕同右翼总兵兼“定远”管带刘步蟾、新任总教习汉纳根，登上“定远”前方的飞桥，一面注视着来舰的动向，一面商讨对策，水手们则草草结束午餐，迅速进入战斗岗位。
经过短时间的迅速商讨，丁汝昌命令停泊在大东沟港外，包括“定远”在内的十艘主力战舰升火起锚，填充实弹，同时将十舰编为五小队，每队两舰，全速驶向来舰。中午12点，来舰逐渐逼近，看清共十二舰，但原先悬挂的美国旗却都突然不见了，全都换上了日本旗。
北洋舰队先前出海寻敌时，久觅而不可得的日本联合舰队，就在眼前!
与丰岛海战前一样，联合舰队又通过潜伏的日本间谍，获得了中国增兵朝鲜的情报，故而才追踪到此。事实上，由于北洋舰队自身的燃料问题，在他们发现“美国舰队”前，联合舰队便已将他们牢牢锁定，而且提前了整整一个小时。
北洋舰队的燃料来自开平煤矿。开平煤矿也就是开平矿务局，原是由李鸿章派唐廷枢创办的洋务企业，唐廷枢死后，江苏候补道张翼接任总办。受困于资金，北洋舰队给开平煤矿开出的价格不仅不高，还经常拖欠，久而久之，张翼便对向北洋舰队供煤失去了兴趣，舰队催要，他便以劣质燃煤塞责，优质煤则被其出售给了商人。
劣质燃煤“煤屑散碎，烟重灰多”，燃烧值低，丰岛海战后，丁汝昌即致书张翼，就此事相责，但张翼对于丁汝昌的责问，丝毫不放在心上。此后丁汝昌多次向李鸿章禀告，李鸿章本人也亲自出面交涉多次，然而由于开平煤矿实际已脱离李鸿章这位创办人的掌握，张翼又自恃得到清廷高层的支持，故而情况依旧没有改善。
这次在大连湾装上北洋军舰的燃煤，就是如同散沙一般的劣质碎煤，张翼甚至声称，北洋海军如果需要优质的块煤，可以自己在散碎的煤炭中进行挑选！
北洋舰队皆为老舰，锅炉都接近于报废状态，用了劣质燃煤后，性能更加糟糕，军舰的航速也变得更为迟缓。不仅如此，劣质燃煤还会产生浓浓黑烟，正是它暴露了北洋舰队的位置，导致北洋舰队被日本海军提前发现。相比之下，联合舰队用的全是优质燃煤，优质煤燃烧充分，所产生的烟雾稀薄，无形中便成了联合舰队的保护伞，北洋舰队晚了近一个小时才发现对手，即源自此。
联合舰队在获得中方即将再次派援登陆朝鲜的情报时，丁汝昌尚未率大队主力汇合于大连湾，联合舰队得到的信息是，北洋舰队仅有四艘弱舰护航，以至于在海面上发现北洋舰队之初，他们还以为对方只是中国的运兵船。
上次在丰岛海域屠戮“高升”就已轻而易举，这次己方舰队全体出动，又是挂着美国旗偷袭运兵船，任务岂非更加简单?官兵们对此兴奋不已，但待到两军相距渐近，黑烟越来越浓、越来越多，他们才猛然发现对面来的不是什么运兵船，而竟然是北洋舰队主力。
日本海军原本就对北洋海军心怀忌惮。丰岛海战后，这种畏惧心理虽然得以初步消弭，但人人皆知，参加丰岛海战的华舰并非北洋舰队主力，因此北洋舰队主力尤其是那两艘铁甲船，仍是日军官兵尤其是水手们的梦魇。现在，这些北洋舰队的主力军舰突然都齐刷刷地出现在眼前，要说不怕是假的。
联合舰队也并没有做好与北洋舰队决战的准备。先前袭击威海卫时，联合舰队倒是有寻求北洋舰队决战的意图和计划，为保成功，共出动了
二十二艘军舰、六艘鱼雷艇、一艘鱼雷艇供应舰，此次因情报和侦察失误，只带了十一艘作战舰艇以及一艘配有少量武装的商船。仅从舰船数量来看，联合舰队并不占有明显优势，在这种情况下，整个舰队的官兵都程度不同地出现了不稳定情绪，尤其弱舰上的官兵更有惶惶不安之感。联合舰队司令长官伊东佑亨深知己方软肋，他马上命令本队以下官兵全体就餐，甚至饭后还允许随便吸烟，以便能够在战前补充体能、镇定心神。
一场不期而遇，使得中日之间主力军舰的决战再也无法避免。丁汝昌和高层军官们尽管心情异常复杂，但他们都深知，如果不能迅速拦截日本舰队，则几乎毫无掩护的登陆运输船队，以及刚刚上陆的陆军，都将面临毁灭性的打击，因此不管战况如何，他们都得死死拖住日本海军，并且使得战场越远离大东沟越好。
与日军不同的是，北洋舰队中下基层官兵无不精神抖擞，士气高昂。北洋舰队的基层官兵在舰上服役多年，从整体上讲，其应战能力和军事素质本来就要高于对手，丰岛海战后，官兵们一直渴望着与日本海军一决高下，为“广乙”“高升”复仇，这场遭遇战可谓正逢其时。另一方面，也不得不说，与方伯谦掩盖事实、夸大战果亦不无关系。方伯谦在丰岛海战的报告中，罗列了日舰“提督阵亡”，甚至“吉野”在伤重途中沉没等“战绩”，虽然高级军官们未必相信，但基层官兵还是信以为真，他们很自然地认为，己方在劣势下犹能取得重大战果，如今主力齐上阵，还有什么理由不大获全胜?
夹缝雁形阵
两军最初都以纵队阵形相对而进，北洋舰队是双纵队，联合舰队是单纵队，及至双方距离进一步拉近，丁汝昌下令变阵，将纵队改为横队迎敌。
丁汝昌的临时变阵，在战后引起很大争议，对此持批评意见的人颇多，他们认为“纵阵优于横阵”，丁汝昌选择横阵，造成了后来交战中的一系列被动局面。
然而事实上，中日海军在其发展过程中都是以英国为师，也都熟知横阵、纵阵战术，实战中大家究竟选择哪一种战术，谈不上孰优孰劣，归根结底，都是结合本国舰载武器的特点和效能进行发挥而已。
日舰大多数采用在侧旋布置火炮的方式，自然不能选择横队，纵队是其唯一选择。北洋舰队主力舰的船舶设计，集中于十九世纪七十年代末至八十年代中期，当时的武器设计以舰首重炮为主，尤其铁甲船“定远”“镇远”二舰，火炮的口径大、威力猛，具有绝对的射程优势。丁汝昌将阵形改为横队，为的就是要突出舰首火力，并利用“定”“镇”的射程优势，尽可能在接敌前对日舰造成杀伤，反之，如果他继续让舰队呈纵队前进，不仅会大大增加交战时的被弹面，还将导致可投入射击的火炮数量减少。
丁汝昌的变阵令下达后，旗舰“定远”率先前进，“镇远”继之于后，两舰势如虎豹，锋刃一般地插向敌舰群，左右两翼其余诸舰亦以同一航速赶了上来，整个舰队紧缩成了扁形的“人”字(中国水手也因此将横队阵形称为“人字阵式”)。
1894年9月17日中午12点50分， 中日舰队的距离拉近至五千三百米，“定远”先发制人，首先以右主炮开火，伴随着一声怒吼，一颗钢铁榴弹高速旋转着飞出炮膛，射向联合舰队居前行进的第一游击队，历史上著名的黄海海战(也称大东沟海战)打响了。
武备配置方面，联合舰队根据己方以中口径速射炮为主，有效射程不超过三千米的特点，战前就制定了只有进入三千米范围才能开炮的规定，因此，在最初遭到北洋舰队轰击时，第一游击队保持了沉默，没有立即还手。与此同时，它们加快速度，急转向左，以求在尽快通过北洋舰队的单方炮火威胁区后，转进至北洋舰队之右翼，然而这一举动，却使其诸舰的右舷侧面大面积暴露在了北洋舰队的正前方。
在海战中，以大面积向敌乃兵家之所忌。日军的战术举措事后遭到西方海战专家的批评，专家认为，联合舰队其实可以直接突破北洋左翼，而完全没有必要舍近求远，冒着暴露侧翼的危险去攻击北洋右翼。
北洋舰队没有放过对手的这一失误，各舰抓住战机，大小炮齐开，毫无间隙地连续向第一游击队发炮，开仗仅仅三分钟，一颗炮弹便射中了“吉野”，炮弹穿透铁板后，在甲板上发生爆炸，“秋野津”紧接着也中了弹，舰上的速射炮被炸毁。
可惜的是，北洋舰队虽然频频发炮，命中率也很高，但却无法在短时间内重创日舰。当时北洋舰队所使用的炮弹大致可分为两种：一种是实心弹(也称凝铁弹)，一种是开花弹(即榴弹，也叫生铁开花弹或钢铁榴弹)；实心弹击中敌舰后不会发生爆炸，杀伤性有限，只有开花弹击中敌舰后才会发生爆炸。
北洋舰队的弹药由天津机器局提供，但受困于工艺技术水平，天津机器局仅能生产实心弹，生产不了开花弹。北洋舰队最早的一批原装开花弹，还是各舰在进口时配套带来的，经过这么多年的巡游沿海、会操演练，早已经消耗得差不多了，再要向西方购买，户部有禁令，朝廷也不拨资金，于是只能让天津机器局仿造。天津机器局仿造的开花弹质量欠佳不说，数量也不多，只能集中给“定远”“镇远”使用，其他战舰分配到的开花弹较少。
早在丰岛海战前，丁汝昌就给“定远”“镇远”准备了至少一百五十颗铜箍开花大弹，但北洋舰队所用的开花弹，就其威力而言，亦十分有限——炮弹的重量虽然接近三百公斤，可是弹头装药仅有十公斤，而且还是老式黑火药，这种老式黑火药容易受潮，且只有在封闭条件下才会爆炸。
被日军掠到日本的定远炮弹
按照北洋舰队的作战预案，如果舰队不能用炮火即刻重创敌舰，还可以将敌舰分割包围，用分队乱战的战术进行打击。北洋舰队所采用的横队阵形，其正式名称系世界海军的通用军语，在中国海军档案中，这一阵形又被称为“夹缝雁形阵”，丁汝昌的部署就是先保持五个小队以“夹缝雁形阵”整体前进，待接敌后，再各自分开，插入敌纵队进行分队乱战。
可以看出，迅速接敌，及时插入，是“夹缝雁形阵”能够得到完美实施的一个重要环节，然而由于军舰舰龄的普遍老化，北洋舰队的整体航速受到了很大限制。第五小队的“超勇”“扬威”尤其行动迟缓，其实十三年前刚服役时，它们还曾是最新式的进口巡洋舰，设计航速可达到十六级。
可是十三年过去了，这两艘超勇级姊妹舰已经沦落为北洋舰队出战阵容中最老迈的军舰，各方面性能都很堪忧，加之保养不力，锅炉轮机一直未曾更换，如今已仅能保持七节的航速。虽经轮机官兵奋力赶超，勉强赶上大队，但其缓慢的航速，还是拖累了整个舰队——北洋舰队的整体航速只能达到六至七节，第一游击队却能达到十节。后者凭借超高航速，在挨了几弹后，终于得以越过它们最畏惧的“定远”“镇远”，向北洋舰队的右翼包抄，而北洋舰队则错过了插入第一游击队的纵队行列，对其进行分割攻击的最佳时机。
分队乱战
联合舰队所采用的单纵队阵形，也称鱼贯阵，中国水手称之为“一条龙”。伊东佑亨在排阵时，为发挥第一游击队航速快的优势，特地让第一游击队打先锋，自己则率本队随后。
在第一游击队加速从北洋舰队阵前横穿而过时，本队由于殿后的炮舰“赤城”速度较慢，致使编队未能整体提速，与第一游击队之间出现了一个缺口。北洋舰队看准对手这一漏洞，呈楔形插入其中，并将日军两编队予以彻底切断，随后待“松岛”驶近“定远”的右方之际，各舰即以“定远”为中心，向右集体旋转约四十五度，将舰首指向本队，集中火力展开攻击。
联合舰队的旗舰，“松岛”
作为联合舰队的旗舰，“松岛”理所当然遭到炮火的重点照顾，主炮塔、右舷、右舷气罐室等，被炮弹连续击中，部分火炮被击毁，舰上也起了火。即便是旗舰，“松岛”水兵的职业水准也不及中国水兵，本来联合舰队规定不接近三千米距离不能开炮，但因水兵们无法忍受猛烈炮击所带来的那种特有的压迫感，在双方尚相距三千五百米时，他们就开炮反击。
“松岛”开了头，紧跟其后的“严岛”“桥立”便也都迫不及待地开了炮，但它们都无一例外地遭到北洋舰队的炮火压制，“桥立”步“松岛”后尘，主炮塔被命中并出现了伤亡。
与精锐的第一游击队相比，本队实力稍逊，“扶桑”“比叡”“西京丸”“赤城”诸舰的速力都较迟缓，此时已远远落后于先行各舰。北洋舰队趁势拦腰截断，将其分为两处，之后又以分队为单位，对被切割出本队阵外的日舰展开猛烈攻击——先前对第一游击队没使上的分队乱战之术，现在终于可以派上用处了。
相比于略显紧张的日舰水兵，北洋基层官兵一个个精神抖擞、斗志昂扬。“来远”水手陈学海晚年回顾这段经历时，仍激动不已，“当时船上弟兄们劲头很足，都想跟日本人拼一下，没有一个孬种。”他和同乡王福清两人抬炮弹，一心想多抬，上肩就飞跑，根本没顾及危险。一颗炮弹在附近爆炸，弹片削去了王福清的右脚后跟，结果王福清根本就没感觉出来。直至卸完炮弹往回走，陈学海看到他右脚下一片红，问他怎么了，王福清低头一看，才觉得站不住了。
北洋官兵较高的军事素养和战斗激情，在一定程度上弥补了中日海军之间的装备差距，并让他们在分队乱战中初尝胜果。首先挨揍的是“比叡”，“比叡”系铁甲船，不过它只属于二等铁甲船，中国人称之为“小铁甲船”，而且也已经算是老舰。弹雨中，因经验不足，“比叡”与本队的距离越拉越大，渐渐成为孤舰，它慌不择路，情急之下，竟欲穿越北洋舰队阵列，取捷径回归本队。这一冒险举动让它遭到了北洋舰队的集中射击，一时间，不计其数的炮弹命中其舰，“比叡”被打得体无完肤，主炮几乎全毁。旋即，“定远”的一枚开花弹命中“比叡”舷侧，一些正在军舰下方进行救治的伤员被杀伤，不少人甚至被当场炸成碎片，全舰伤亡高达五十余人。
由于炮弹不佳，威力受限，“比叡”尚未受到致命杀伤，但即便这样，舰体也已烈火熊熊。北洋舰队见状，士气更加大振，“来远”更是集结了大批手持步枪和长刀的陆战队员、水兵，准备采取古老的跳帮战术，进行靠帮夺船。“比叡”的主炮虽然都变成了哑巴，但舰上的小口径速射炮却在关键时刻发挥了重大作用，五分钟之内，“比叡”一边拖着黑烟脱逃，一边朝围追它的华舰连续发炮一千五百余发。炮弹的密集度和饱和度如此之大，使得“来远”望舰兴叹，始终无法靠近“比叡”。其间，“来远”也曾向“比叡”发射鱼雷，此系中国海军史上应用鱼雷的首个战例，但因鱼雷的射程较短，且受到“比叡”尾流的干扰，未能命中。最终，“比叡”还是得以侥幸逃出火网生还，成为黄海海战中撤离战场的第一艘军舰。
“赤城”为日本国内自造的炮舰，吨位较小，在联合舰队中属于弱舰。“比叡”逃走后，“赤城”又再度陷入北洋舰队的密集炮火之中，在“来远”“致远”“经远”三舰的合力围攻下，该舰被猛烈的炮火连续命中，弹药库发生爆炸，蒸汽管路被破坏，樯头被击毁，舰上官兵死伤甚重，舰长被弹片削去脑袋，当场毙命，代理舰长复受重伤。不过“赤城”的临阵表现亦堪称顽强，独立牵制“来远”等三舰近一个小时，作战过程中，它还以唯一能使用的后主炮命中“来远”的桥甲板和后甲板，并引爆“来远”后甲板堆积的炮弹，进而引起了灾难性的大火。
“西京丸”是一艘由商船改充的代用巡洋舰，黄海海战的前一天，日本海军军令部部长桦山资纪中将正好乘坐“西京丸”视察，次日黄海海战爆发，也就继续乘船督战。桦山资纪先是看到“比叡”挂出“本舰火灾，退出战列”的信号，接着又见“赤城”遭到围攻，便急忙召唤第一游击队全速返转回援。
这时，靠着续命的后主炮，“赤城”不仅得以继“比叡”之后逃出战列，而且重创“来远”。未取全功又伤及一舰，令北洋舰队愤恨不已，随即将火力全面转向“西京丸”，包含四枚巨弹在内的十三枚炮弹，先后命中该舰的两舷、上甲板、轮机房等各处，“西京丸”全舰烈火熊熊，操舵全毁，仅能手动扳舵。
被击中起火的西京丸
在大东沟卸船时，丁汝昌将十艘主力舰作为第一梯队泊于口外，八艘其他舰艇作为第二梯队，泊于港口。第二梯队包括巡洋舰“平远”“广丙”，炮舰(蚊船)“镇南”“镇中”， 以及“福龙”“左一”“右二”“右三”四艘鱼雷艇。海战打响不久，“平远”“广丙”和四艘鱼雷艇便从大东湾内驶出，赶来主战场参战，在“平远”“广丙”的炮火攻击下，“西京丸”再度起火。可惜的是，鱼雷艇在海战中却没能起到“以小搏大”的作用，其中“福龙”冒着危险，高速逼近至距“西京丸”仅四十米处，向其接连发射了三枚鱼雷，但都没有命中。究其原因，与丰岛海战时，“浪速”发射鱼雷攻击“高升”而不中一样，都是因为那个时期的鱼雷在性能上还不够稳定，距离远了，够不着，过近，又反而控制不住方向所致。
“福龙”失手，给了“西京丸”逃生的机会，这艘一度犹如“风中残烛”的日舰，居然奇迹般地得以侥幸脱身。虽然它在逃窜的过程中相当狼狈，甚至还差一点撞上“浪速”，但终究还是带着累累弹痕，单独逃回了日军锚地。
总的说来，这一阶段北洋舰队占据了战场主动权，局面对他们是有利的，所取得的一个个战果也都足以鼓舞人心。
在后方，李鸿章甚至接到战报：日本联合舰队已经丧失战斗力！
未完待续
