“准备战斗！”俄国舰队的军官毕竟久经战争，迅速作出了反应，此时他根据往常的经验，五艘战舰开始转向，直接滑向东北，准备抢占上风。
和演习中地一样，镇远号率先开炮，110磅地重炮开始发威，虽然第一轮齐射的着弹点分布得很稀疏，距离俄国人地舰船还有很远的距离，但是冲天而起的巨大浪柱还是让没有丝毫思想准备的俄国人感到惊慌，经验丰富的水兵可以从水柱的粗细判断火炮的口径，显然对面那艘庞然大物并不是虚有其表。
当镇远舰开始第三轮齐射的时候，俄国人也开始反击，但是小口径火炮的射程毕竟有限，尚不足以击中镇远，就在这个时候，一艘轻巡洋舰突然轰然爆炸，整个舰身的前半段被掀到空中，燃起大火，很快开始下沉。
这个意外让俄国人更加恐慌，直到连续三艘战舰爆炸起火，包括块头最大的巡洋舰也中招时，才有人反应过来爆炸的原因不是镇远的炮弹，而是海里的水雷，然而已经为时已晚。
海上的战斗持续了大概半个小时，看到远距离火炮的齐射也很难命中敌舰，镇远号率领两艘轻巡洋舰抵近射击，很快将俄国人仅存的两艘军舰打得一沉一伤，在这个过程中镇远舰的船舷也曾经被炮弹击中过，但是俄国人使用的实心弹竟然被弹了出去，镇远舰毫发无伤，那艘还坚持没有沉没的轻巡洋舰很快选择了投降。
首次作战虽然取得了胜利，但是在协调上却还是存在一些问题，直到战斗结束，退向西侧的第二分舰队还未赶到，伍廷芳就让他们和战列舰分队向北消灭那支行动迟缓的俄国后续舰队。
留下两艘轻巡洋舰打扫战场，镇远舰也随即转向北方，这时候战列舰分队的电报也已经发到，他们刚刚发现那些俄国船只。
以三艘战列舰对付八艘轻巡洋舰甚至连巡洋舰都算不上的炮艇，分舰队很轻松的就利用动力上的优势抢占了上风，随后就是密集的火炮齐射。
虽然在火力上占据了较大优势，但是水兵训练不足，火炮命中率过低，海战经验不足等问题还是暴露了出来，虽然海军秉承的原则就是远距离炮战为优先选择，凭借速度和火炮射程优势一直没有被击伤，但是直到第二分舰队和镇远舰加入之前，也只是击沉一艘，击伤三艘，直到镇远舰的加入，采用抵近射击，才终于取得更大的战果，又相继击沉两艘俄国战舰，但还是有两艘俄国人的炮舰躲进了海州的港口，东海舰队并没有过份追击，而是在打扫战场以后，带着俘虏的四艘俄国战舰开始返航。