12时05分，联合舰队第一游击队在先，以吉野号为首，本队在后，呈单纵阵，接近北洋水师。
12时20分，北洋水师在行进中由双纵阵改为横阵，旗舰定远位于中央，其余各舰在其左右依次展开，舰队呈楔形梯队。但北洋舰队初衷是排成紧凑的夹缝雁行阵，而实际则排成松散横阵，类似人字形。原因有三种猜测，一种是北洋海军各舰传令兵传递命令发生错误；一种是部分北洋海军将领怯战而缩于阵后；而最接近事实的猜测是，计划位于阵型两翼的战舰济远，广甲，超勇，扬威基本为航速缓慢的老舰，却需要航行最远距离达到两侧。在没来来得及完成阵型部署的情况下，战斗已经打响。
鸭绿江口外海，大鹿岛海域，集中了两国几乎全部主力舰艇。
12时50分，双方舰队相距5300米，北洋水师旗舰定远舰首先开炮。联合舰队第一游击队在距北洋水师5000米处即向左转弯，航向北洋水师右翼。联合舰队航向北洋水师右翼，冒险将舰队暴露于北洋水师阵前。
12时53分，联合舰队旗舰松岛开始发炮还击。在日军的第一轮排炮下，定远主桅中弹，信号索具被炮火所毁一说因战船老朽发炮时震塌飞桥，在飞桥上督战的丁汝昌身负重伤。从此时起，北洋水师各舰除能随定远进退之外，已经失去了指挥。
日本第一游击队四舰，一面以猛烈炮火射击，一面加快速度，横越北洋舰队阵前，左转舵，改道飞驰，绕攻北洋舰队右翼之超勇扬威二弱舰。超勇扬威均为1881年光绪七年下水的陈旧兵舰，舰龄已达十三年。且舰中隔壁，俱为木造，施以油漆，粉饰外观。实际上，老朽陈旧，速度迟缓，炮火不济，防御力极弱。二舰虽竭力抵抗，但在敌人四艘快速巡洋舰的一舷齐射的优势火力攻击下，终于中弹起火。
但是，当日本第一游击队绕过北洋舰队阵前，环攻右翼超勇扬威时，其本队六舰恰好驶至北洋舰队犄角雁行阵"人"字形的前方。北洋舰队各舰舰首恰恰指向敌舰船腹。于是，北洋舰队各舰以舰首主炮猛烈轰击敌本队六舰。比睿扶桑西京丸号赤城等后续诸舰，因速度迟缓，落于后方，被北洋舰队人字形阵尖将日本本队六舰组成之单纵阵拦腰截断，分割为二，这时，定远镇远及右翼各舰发右舷炮火猛轰敌舰松岛千代田严岛桥立；左翼之致远靖远等舰则发左舷炮火截击比睿赤城等后续各舰。在北洋舰队的猛烈炮火轰击下，比睿赤城等不能航行，终成孤军，遭到北洋舰队的痛击。比睿中炮燃起大火，赤城号连连中弹，舰长板元八郎太被击毙，西京丸号也遭到重创。