1905年3月6日凌晨3:36分，日本聯合艦隊第二艦隊第二戰隊八云號裝甲巡洋艦被黑夜之中不知道那一艘軍艦發射的穿甲彈意外擊中了船舷上的一個重要位置——盡管它是裝甲巡洋艦，但是它的裝甲厚度卻不令人滿意——這一發穿甲彈擊中了他的魚雷倉，隨后八云號裝甲巡洋艦發生了劇烈的爆炸，很快他就沉到了吃水線。（）艦長立即下令扔掉所有重物，但為時已晚，在20分鐘之后，八云號裝甲巡洋艦也沉沒。
3:47分，日軍電號驅逐艦被擊，然而事后人們發現，原來這艘驅逐艦是被自己的炮彈誤傷，并且一發命中被擊沉。
4:04分，日軍新高號巡洋艦被俄**艦圍剿并擊沉。
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，憑借著東方微弱的光亮，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。士兵們盡管努力想要控制軍艦，但是船體開始傾斜，隨后外圍的四艘日本魚雷艇奮不顧身沖了上去，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，在五分鐘后沉入海底。
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。
此時天已經開始蒙蒙亮了，日本人水兵們可以借助光線對俄軍進行精準炮擊了，隨后，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，盡管天已經放亮，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，但并沒有決出勝負，可是不少軍艦已經彈盡糧絕，尤其是日本軍艦，他們并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，是繼續戰斗下去，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后的炮擊佐世保行動，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斗隊形，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，而由于靠近日本海軍基地，因此為了追求航速，日本海軍聯合艦隊并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霉蛋一樣，難道這注定了日本艦隊的悲劇嗎？
“不！統計彈藥，我們要把最后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。
日本人最后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，并發射了四枚魚雷。鷹號戰列艦避開了兩枚魚雷，并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斗，向中國方向逃走。
隨后日本又有四艘效仿鷗號魚雷艇的其他魚雷艇想要干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并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，俄國在海上繼續戰斗的艦船只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，但是憑借著一股子勇氣，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，并將其俘虜。
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、夕霧號驅逐艦、陽炎號驅逐艦、霰號驅逐艦、曉號驅逐艦、朧號驅逐艦、雷號驅逐艦、曙號驅逐艦對俄軍展開追擊。同時，東鄉平八郞下令第三戰隊其余軍艦進行打撈救援，救援結束之后押送被俘俄軍艦船以及受傷軍艦返回佐世保海軍基地。
然而就在3月6日凌晨1點鐘（莫斯科時間3月5日晚8點整），中俄雙方在俄國首都圣彼得堡簽署了《中俄停戰條約》。