东乡平八郎中将亲率舰队主力：4艘主力舰、8艘重巡洋舰，在大东沟附近隐蔽待机。
1905年4月27日夜间，俄国舰队通过日方第一道海上警戒线，日方侦察舰在远距离上，进行不间断地跟踪监视，并及时用无线电将情况报告东乡平八郎。
因此，东乡对俄国舰队的实力、航向、航速和队形了如指掌。
28日晨，沙俄第二太平洋舰队司令、罗日杰斯特温斯基发现了日本哨舰的行动。
当时俄国舰队成行军队形：第1、第2装甲舰大队在右翼，第3装甲舰大队和巡洋舰大队在左翼，运输船队居中。
11时后，罗日杰斯特温斯基命令舰队成战斗队形：右翼2个大队向左靠拢，开到左翼第3大队前面，全舰队成单排一列式（纵队）。
各舰航速不一，司令官没有明确规定慢的加速，快的减速，结果造成大混乱。
12时许，罗日杰斯特温斯基忽然心血来潮，判断日本舰队可能以横队队形向他攻击，因此又命令俄国舰队成横队队形。
于是舰队开始进行复杂的机动动作。此时，罗日杰斯特温斯基显然由于担心其战斗队形过早被敌人发现，忽然又下令全舰队恢复行军队形，再次引起大混乱。
在曾经的历史上，日俄战争之后，无数军事专家分析总结这场大战，发现这场战争最为显著的特点就是，日军将领精明干练，俄军将领——无论海军陆军——都非常愚蠢。
在世界几千年的军事历史上，都难得遇到这样的事情：战争的一方将领是同样的愚蠢，而对方将领都是同样的精明。
尼古拉二世活该输掉战争，他虽然长了一双眼睛，却跟瞎子没什么分别，更确切点说，他是没有辨别贤愚的能力，作为君主，这太要命了。
13时40分左右，日本舰队主力在右前方出现，成单排一列式，企图截断俄国舰队的航线。
临战前，罗日杰斯特温斯基再次下令成战斗队形，但已经来不及了。东乡截断了俄国舰队的航线，并在距敌35-38链的海域向左转弯，划了一个“U”字形。
转弯时，日本舰队处于俄舰火力威胁之下，而且相当一部分舰艇无法回击，因为视线和射界被己方舰艇遮蔽。
这个动作在海军战术上是违反常规的，但这时俄国舰队正处于变换队形的混乱之中，罗日杰斯特温斯基虽然下令开炮，结果形成盲目射击，浪费弹药，并且丧失了战机。
日本舰队完成了转弯之后，首先集中火力猛攻俄国舰队的旗舰，海战开始半小时后，罗日杰斯特温斯基的旗舰“苏沃洛夫号”被迫退出战斗。
罗日杰斯特温斯基本人负重伤，其他几艘旗舰也相继被击沉击伤。俄国舰队失去指挥，陷入一片混乱。
俄国舰队力图摆脱截击的敌舰，但因为航速慢，没有得逞。
日舰则充分发挥其航速快的优势，迅速机动，占领俄国舰队前进方向的有利位置，猛烈炮击，俄舰被击沉击伤多艘。
16时许，海上起雾，双方在烟雾迷漫之中继续混战，日本装甲舰队与俄国装甲舰队，因为大雾，曾一度脱离接触。
日俄装甲舰队大战时候，日本巡洋舰队和俄国巡洋舰队，在偏南的海域也在进行激战。18时半，俄国装甲舰队开往该海域参战。
此时，在司令罗日杰斯特温斯基负重伤后，俄军副司令涅博加托夫才接管指挥权，并下令舰队继续北进。
当天夜间，日军又出动37艘鱼雷艇和21艘驱击舰，对残余的俄国舰队实施鱼雷攻击。
29日晨5时许，俄军副司令涅博加托夫，率领仅存的少数舰只向海参崴方向逃跑。9时许，遭到日本舰队围攻，涅博加托夫悬白旗、继而悬日本国旗投降。
这次海战，俄国太平洋第二舰队，除3艘舰船逃往海参崴之外，其余全军覆没。
舰艇损失总计达27万吨，比后来第一次世界大战中，著名的日德兰海战双方损失的总和还要大。
俄军阵亡4830人，被俘5917人他们等于是万里跋涉、克服重重艰难来送死。日方只损失巡洋舰两艘，鱼雷艇7艘，人员阵亡仅217人，伤583人。
当天下午，战斗结果传出，如此悬殊的战损比例，让世界一片哗然，日俄战争，俄国海军太平洋舰队全军覆没。
临时编组来援的第二舰队，主力是波罗的海舰队，也大部被歼灭。
日俄战争开始时，按照舰船吨位算，俄国是一等海军强国，此战结束后，降为四等海军国家。
沙皇尼古拉二世收到海战结果的时候，正在处理“波将金号”起义事件。
1905年4月28日，俄国黑海舰队“波将金号”铁甲舰的士兵，在蓬勃发展的工农运动的影响下，为抗议沙皇政府的恶劣待遇，举行了起义。
起义的水兵严惩了他们最痛恨的军官，选出了起义的领导机构，在舰上竖起革命红旗，29日，起义的水兵，将军舰开至正在举行总罢工的敖德萨。
国内，军队开始动摇，公开转向革命暴动，这够让尼古拉二世愤怒了，就在这时候，他接到了日俄海战战损悬殊的结果，尼古拉二世都不知道该作何反应了。
愤怒？沮丧？生气？绝望？老天爷呀！不，上帝呀！这让我怎么活下去呀？？？
沙皇愣怔几分钟后，突然发作，摔碎了办公室内一切可以摔碎的东西，然后跳脚大骂罗日杰斯特温斯基愚蠢、无能，诅咒他下地狱，被地狱的吞噬之火烧死！
尼古拉二世如暴躁的雄狮一样，一边大声咒骂一边走来走去，他太绝望了！
翌日，东北俄军总司令李涅维奇中将来电报，忠义军上百辆战车向北迂回，有包抄俄军后路的意图，问沙皇到底该怎么做？
心灰意冷的尼古拉二世回电报，让他撤军到哈尔滨，然后与忠义军谈判，力争占据黑龙江。焦头烂额的局面左右支应，沙俄根本打不起仗了。
忠义军只是摆出一副包抄的架势，一炮未开，俄军撤退时候却你争我抢，混乱不堪，最搞笑的是，降为“满洲”第一集团军司令的撤退专家库罗帕特金，仍热是第一个跑路撤退。
俄军忙不迭地撤退，结果组织混乱，将撤退变成了逃跑，将大批军事物资、枪炮弹药扔在了四平街，忠义军的战车徐徐跟着，跟出了吉林省，过了松花江，进入黑龙江境内。