4：25分，俄軍大膽號驅逐艦被擊中，不過它始終沒有沉下去，船頭的良好密封性讓它立在水中，最終被日軍俘虜。
4：46分，俄軍尼古拉一世號戰列艦被魚雷擊中，右側船艙開始滲水，隨即日本軍艦開始圍攻這艘戰列艦，憑藉著東方微弱的光亮，日本軍艦的命中率上來了。尼古拉一世號戰列艦艦長在下令轉舵的時候，舵倉遭到炮擊，一發來自日本三笠號戰列艦的炮彈擊中了舵倉，舵手以及二副當場被炸死，船長身受重傷，尼古拉一世號戰列艦失去控制，開始加速原地轉圈。士兵們儘管努力想要控制軍艦，但是船體開始傾斜，隨後外圍的四艘日本魚雷艇奮不顧身衝了上去，發射了八枚魚雷全部擊中目標，尼古拉一世號戰列艦發生大爆炸，在五分鐘後沉入海底。
5：28分，日軍春日號裝甲巡洋艦被擊沉。
5：52分，日軍雨村號驅逐艦被擊沉。
6：10分，日軍笠置號巡洋艦被擊沉。
此時天已經開始矇矇亮了，日本人水兵們可以藉助光線對俄軍進行精準炮擊了，隨後，俄軍開始紛紛中彈，但是俄軍軍艦強大的防護能力還是讓日本人感覺到無能為力。
6：30，俄軍奧列格號巡洋艦被擊沉。
慘烈的廝殺讓雙方都精疲力盡，儘管天已經放亮，但是海面上燃燒的軍艦以及半漂浮在海面上的軍艦還是給這慘烈的一幕渲染了悲涼的色彩。日俄雙方激戰了十九個小時了，但並沒有決出勝負，可是不少軍艦已經彈盡糧絕，尤其是日本軍艦，他們並沒有攜帶太多的補給物資。
現在，東鄉平八郞要面臨著一個重大的抉擇，是繼續戰鬥下去，還是撤出戰場，海戰完全沒有按照日本軍艦作戰計劃進行，俄國人突然得到警告之後的炮擊佐世保行動，日本人的計劃完全被打亂了，而第三戰隊突然出現在俄軍面前，導致俄軍提前調整好了戰鬥隊形，再加上夜晚降臨的海戰與混戰，使得日軍陷入種種不利情況。
而現在這一切都不存在了，有利條件回到了日軍面前，然而日軍的炮彈和燃煤卻不足了，一夜的炮戰讓日本艦隊的彈藥艙所剩無幾，而由於靠近日本海軍基地，因此為了追求航速，日本海軍聯合艦隊並沒有裝載太多的燃煤，而且在海戰之中艦隊始終保持著高速航行的狀態，使得艦隊的燃煤消耗比平時快上一倍。
日本海軍聯合艦隊司令官東鄉平八郞就像是一個倒黴蛋一樣，難道這注定了日本艦隊的悲劇嗎？
“不！統計彈藥，我們要把最後一個炮彈扔出去才返航，所有軍艦彈藥清空！”東鄉平八郞歇斯底里地叫喊道。
日本人最後的瘋狂給了俄國極大的殺傷，日軍的鷗號魚雷艇突破了所有艦船來到俄軍鷹號戰列艦旁邊，併發射了四枚魚雷。鷹號戰列艦避開了兩枚魚雷，並且利用艦船上的機關炮擊沉了鷗號魚雷艇，可是另外兩枚魚雷卻擊中了鷹號戰列艦。其中的一發導致鷹號戰列艦側裝甲大量進水，另一發擊中了船頭，導致鷹號戰列艦操控出現了問題，航速變慢。鷹號戰列艦無奈退出戰鬥，向中國方向逃走。
隨後日本又有四艘效仿鷗號魚雷艇的其他魚雷艇想要幹掉俄軍旗艦蘇沃洛夫公爵號戰列艦，可惜被艦船上的機關炮擊沉。
9：34分，俄軍阿芙樂爾號巡洋艦被擊沉，這艘軍艦在歷史上就是炮擊冬宮並引發了十月革命的那艘著名的起義軍艦，但是歷史的改變讓這艘軍艦成為了埋葬在對馬海峽的俄**艦之一，艦船上76名船員包括艦長等人隨即被日本驅逐艦抓捕。
此時，俄國在海上繼續戰鬥的艦船隻剩下蘇沃洛夫公爵號戰列艦（全軍總旗艦）、博羅季諾號戰列艦、奧斯利雅維亞號戰列艦、謝尼亞文海軍上將號海防艦、奧列格號巡洋艦、旺盛號驅逐艦、響亮號驅逐艦六艘軍艦，但是蘇沃洛夫公爵號戰列艦滿目瘡痍，博羅季諾號戰列艦彈藥不足，奧斯利雅維亞號戰列艦同樣受損，俄軍最終只能選擇撤退。
而日軍方面，東鄉平八郞的聯合艦隊死傷更加慘重，一夜的廝殺讓日本人精疲力竭了，他們也幾乎彈盡糧絕，但是憑藉著一股子勇氣，還是將俄國人嚇跑了。東鄉平八郞見到俄國人掉頭撤退，隨即下令追擊，很快，日本人追上了鷹號戰列艦，並將其俘虜。
而日本人繼續追擊，他們知道俄國人沒有海軍基地，一直追擊下去的話，獲勝的一定是日本人，所以東鄉平八郞率領著日進號裝甲巡洋艦、三笠號戰列艦、敷島號戰列艦、富士號戰列艦、龍田號戰列艦、音羽號巡洋艦、磐手號裝甲巡洋艦、浪速號巡洋艦、不知火號驅逐艦、夕霧號驅