虽然北洋舰队腹背受敌，形势不利，但舰队官兵毫不畏缩，愈战愈勇。丁汝昌身受重伤仍不下火线，包扎伤口后坐在甲板上鼓舞士气，右翼总兵“定远”管带刘步蟾代为督战。
“定远”在日舰的两面夹击下，前部燃起大火，前桅杆折断，提督旗悬在半空。“致远”管带邓世昌发现后，为解救“定远”抱定牺牲决心。邓世昌指挥“致远”与敌奋战，已经多处中弹，伤痕累累，炮弹也打光了。这时，恰好遇到日舰“吉野”。邓世昌看见“吉野”横行无忌，气愤地对大副陈金揆说：“倭舰全靠‘吉野’，如果将它击沉，我军胜利在望。”
在邓世昌的激励下，全舰官兵将“致远”开足马力，直向“吉野”撞去。“吉野”见状，一边躲避一边连连发炮攻击。15时30分，“致远”中弹，右舷倾斜，舰首先行下沉，转瞬间即没于海中，邓世昌等200余名官兵一同殉国。
“致远”舰冲击敌舰(www.xing528.com)
“致远”沉没后，“济远”首先退出战场，向旅顺口方向逃去。“广甲”紧随其后驶向大连湾方向。
日本第一游击队见“济远”、“广甲”退走，曾试图追上将其击沉，但因相距太远而折回集中攻击“经远”。“经远”中弹起火，管带林永升临危不惧，沉着指挥，以一抵四。林永升下令将龙旗高悬桅顶，表示死战到底。
海战第二阶段后，北洋舰队的“超勇”、“扬威”、“致远”先后沉没，“济远”、“广甲”逃遁，失去5舰后战斗力大为减弱，已无力主动进攻日舰，被迫转入防御。日舰“比
”、“赤城”、“西京丸”3舰退出战场，但这3舰都是弱舰，对日本舰队战斗力影响不大。相反，因为这些弱舰退出战场，日本舰队不必分散力量保护它们，整个舰队实际上减轻了负担，可以无顾虑地作战。这样，日本由第一阶段的劣势转为优势，战局的发展开始变得对日本舰队有利。
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