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雖然此時第一游擊艦隊面臨著2打3的不利局面，但是坪井航三依然決心一戰(zhàn)，自己這邊航速全都可以超過19節(jié)，并且15門150毫米管退炮在火力上也超過艦艏對敵沖過來的北洋艦艇。
可戰(zhàn)可走，坪井航三信心十足，面對氣勢洶洶沖過來的致遠(yuǎn)號，和泉、吉野二艦全力攻擊，致遠(yuǎn)號雖然不是歷史上那艘2300噸的小型阿姆斯特朗型巡洋艦了，但是面對疾風(fēng)驟雨般的攻擊還是仿佛危如累卵。
致遠(yuǎn)號的決死沖擊沒有成功，在艦艏水線部分被日艦炮彈擊穿后，艦艏進(jìn)水導(dǎo)致航速驟減。沒有了航速的致遠(yuǎn)號在側(cè)舷被多處擊穿后，最終傾覆沉沒，鄧世昌拒絕跳海逃生，與艦同沉。
不過致遠(yuǎn)的沖鋒并不是沒有任何作用，在與致遠(yuǎn)號交戰(zhàn)之際，第一游擊艦隊把定鎮(zhèn)二艦甩在一旁，定遠(yuǎn)自救完成后恢復(fù)作戰(zhàn)能力。
而且致遠(yuǎn)號沉沒后，來遠(yuǎn)號和廣甲號企圖逃跑，卻被第一游擊艦隊緊緊咬住，雙方一逃一追之間，慢慢拉開了和定鎮(zhèn)二艦之間的距離，定遠(yuǎn)號的左翼暫時安全了。
此時已經(jīng)繞過橋立號重回隊列的高千穗和浪速跟隨和泉、浪速開始追擊，航速較慢的廣甲率先被追上，坪井航三帶上航速較快的吉野理都不理廣甲，繼續(xù)去追來遠(yuǎn)，而廣甲則被高千穗和浪速圍攻，很快沉沒。
就在第一游擊艦隊拼命搶人頭的時候，樺山資紀(jì)差點連小命都丟掉了。原來這時平遠(yuǎn)、廣丙、福龍從北洋艦隊的右前方趕來支援，呆在聯(lián)合艦隊左外側(cè)的西京丸號首當(dāng)其沖，成為了最容易攻擊的目標(biāo)，而且平遠(yuǎn)號和松島、嚴(yán)島號一樣，都是一門大型主炮安裝在艦艏，直接艦艏迎敵就能發(fā)揮最強火力，雖然260毫米主炮遠(yuǎn)不如松島、嚴(yán)島的主炮威力巨大，但是就西京丸這由郵輪改裝過來的輔助巡洋艦的小身板還是扛不住一炮。
而且西京丸上只有一門120毫米主炮，而且這門主炮現(xiàn)在還故障了，剩下的小口徑速射炮只能給對面的北洋水師軍艦撓癢癢。原本樺山資紀(jì)都準(zhǔn)備撤離了，結(jié)果對面平遠(yuǎn)、廣丙、福龍就沖過來了。
面對對面沖的最快的福龍?zhí)桇~雷艇，樺山資紀(jì)眼瞅著實在沒有辦法了，咬了咬牙，拼了！下令用臨時加裝的撞角去撞只有115噸的福龍?zhí)枺Y(jié)果福龍?zhí)栐谙嗑?0米的地方向西京丸號發(fā)射了魚雷。
看著魚雷的航跡直撲西京丸而來，樺山資紀(jì)心想，完了，西京丸沉定了。西京丸沉了也就算了，畢竟不算什么戰(zhàn)力，但是自己在上面啊。軍令部部長要是和西京丸號一起完蛋了，那聯(lián)合艦隊還不得亂套？！
不過由于雙方距離過近，魚雷進(jìn)入水中后深度過深，還沒等浮起來就從西京丸的船底穿了過去，然后再另一側(cè)浮了起來。樺山資紀(jì)在慶幸之余后怕不已，在戰(zhàn)后對伊東祐亨說：“魚雷冒著氣泡鉆到船底下真的比什么都可怕。”
連運氣都在日本人這邊，北洋敗的也無話可說了，此時致遠(yuǎn)、超勇、揚威、廣甲被擊沉，來遠(yuǎn)逃跑，屁股后面還跟著坪井航三，估計也兇多吉少，見勢不妙，靖遠(yuǎn)和經(jīng)遠(yuǎn)也開始脫離戰(zhàn)場。
此時戰(zhàn)場上只剩下定遠(yuǎn)和鎮(zhèn)遠(yuǎn)了，面對聯(lián)合艦隊本隊的圍攻，兩艦危在旦夕，就在這危急時刻，兩艦各打出了一次命中，定遠(yuǎn)號主炮擊中了秋津洲號，這一發(fā)炮彈砸在了秋津洲的艦橋前方的甲板上，在艦橋內(nèi)的伊東祐亨在被震得七葷八素之際也后怕不已，要是這枚炮彈落點再往后來個十來米，估計就直接砸在艦橋上了，到時候秋津洲的裝甲司令塔能不能防得住都還是個問題。
而鎮(zhèn)遠(yuǎn)則一炮打穿了松島的艦體側(cè)面，炮彈在松島號的120毫米速射炮附近爆炸，爆炸引爆了堆放著的炮彈引發(fā)連鎖爆炸，松島艦左舷6門120毫米速射炮全部被毀，如果不算那門到現(xiàn)在為止只打出了3發(fā)炮彈的320粗又長，實際上松島號已經(jīng)沒有能夠?qū)Χㄦ?zhèn)二艦造成威脅的能力了。
這兩發(fā)炮彈讓整個本隊亂成一團，在這種情況下，定鎮(zhèn)二艦開始向西北方向撤離。追著來遠(yuǎn)號跑的坪井航三最終得償所愿，在追了近一個小時后最終將來遠(yuǎn)擊沉。
這個時候天色已晚，在赤城、比睿號沉沒、橋立號裝死、西京丸號失聯(lián)的情況下，伊東祐亨認(rèn)為在北洋水師有魚雷艇支援的情況下打夜戰(zhàn)太過危險，最終決定收兵。
就這樣，大東溝海戰(zhàn)結(jié)束了。北洋水師致遠(yuǎn)、來遠(yuǎn)、超勇、揚威、廣甲5艘軍艦沉沒，定遠(yuǎn)受傷頗重，其余各艦各有損傷。