为了不让俄国人从面前溜过去,东乡命令:&ldo;跟着我,&rdo;领着他的分队向左转向相反的航向。上村跟着仿效。东乡领着他的舰船相继转向以保持他前锋的位置。这是一个危险的机动,因为前头的舰船挡住了后面舰船的炮火,而且所有舰船在同一水域掉向为敌人提供了转弯水波处的固定目标。然而,如同东乡已经注意到的,俄舰非常慌乱,不可能充分利用这一机会。笨拙地试图排成单一纵队,俄国人陷入了混乱‐‐挡住了自己一些舰船的火力,战列舰&ldo;奥斯利比亚&rdo;号被迫退出航线。日本人结束了易受攻击的16分钟反方向行进,只受到些轻微损伤。罗热斯特文斯基逃跑或获胜的机会现在都已失去。
日本人向俄舰先头部队压了过去,发射了一阵炮弹,很快确定了射程。航速14节,东乡和上村冲在最前头,渐次采用抢占t字横头的战术穿过俄国舰队。[原作者注:抢占t字横头的战术就是进攻纵队以约90度角从敌方前进队列前方穿过。这样进攻者能利用舷炮齐射压制敌纵队首部,而敌人的后炮,如可能的话,也只能在较远距离上攻击进攻纵队的末端。]罗热斯特文斯基向右转弯进行对抗,但快速的日本舰队跑到了前头,一齐向俄国先头舰船攻击,包括退出航线偏向左舷的&ldo;奥斯利比亚&rdo;号。此时,俄国人集中火力攻击东乡的后卫舰船,迫使其中一艘失去操纵而退出战斗。
到下午3点,在俄国舰队首部的&ldo;苏沃洛夫&rdo;号在密集炮火下失去控制向右偏航。一个烟囱和一根桅杆打飞了,上层结构被打得烂糟。它兜了一个圈子后摇摇晃晃地朝东北方向开去,带着受伤不省人事的罗热斯特文斯基退出了战场。同时,炮弹在&ldo;奥斯利比亚&rdo;号舰首水线以上部位撕开了大口子,涌进来的海水带沉了舰首,炮眼淹没了,海水从炮眼急速涌进,船翻了,龙骨朝上呆了几分钟,最后带着800名舰员中的600名栽到了海底。
因为涅博加托夫还不知道现在该他指挥了,俄国舰队群龙无首。只能努力服从罗热斯特文斯基的最后命令:航向23度驶向符拉迪沃斯托克。俄舰一再地努力这样做,但每次都被日本舰队破坏了。日本舰队利用其速度上的优势,从他的前方往返穿过。俄国人为了躲避日舰抢占t字横头和恢复北航向,按顺时针方向绕了两圈。
4点35分,在7000码距离上交火了半小时后,东乡停止了攻击,命令驱逐舰发射鱼雷。20分钟后,东乡和上村得知驱逐舰不能完成这一任务,就朝南向闪着炮火的地平线赶去。日本舰队丢失了在浓烟中西去的俄舰队主力,但很快发现自己驶进了轻型巡洋舰战场,从中午始,这一战场一直不分胜负。上村留下支援这一地区,东乡驶向西北方向寻找俄舰主力。
这场海战的第三阶段于下午5点55分开始,当时向北航行的日舰第一分队再次发现在左舷舰首方向俄国战列舰正朝西北方向驶去。东乡把方位调了四个罗经点以便在天黑前赶快缩短距离。但是俄国人战斗力还很强,东乡发现自己碰到了重火力,对手占据所有的有利条件。因为西沉的太阳正好直照着瞄准手的眼睛,而自己的6艘舰正对抗着10艘俄舰。一个急速右转使距离又增加了2000码。东乡采取了与敌平行的航向。随着阳光渐渐移开而对日本人有利,太阳余辉显出了俄舰的轮廓,东乡舰船的致命的炮火准确地落在俄舰队的先头舰&ldo;亚历山大三世&rdo;号上,15分钟后,&ldo;亚历山大三世&rdo;号熊熊燃烧,舰首差点被炸掉,偏航、倾斜,然后沉没。日本人把火力转向新的先头舰&ldo;博罗季诺&rdo;号。在夜幕降临时,它起火了,于是很容易地使日本测距手找到了目标。7点20分,&ldo;博罗季诺&rdo;号的两个弹药舱爆炸,倾覆后底朝上,几分钟后沉没。
&ldo;博罗季诺&rdo;号的沉没打散了俄舰纵队。&ldo;尼古拉一世&rdo;号上的涅博加托夫终于得到通知,他是舰队指挥。他命令&ldo;跟着我&rdo;,带着一批没组织的舰船朝西南方驶去。日本战列舰和巡洋舰根据计划离开这一地区朝北向着靠近郁陵岛的清晨集结地驶去。随着他们的离去,海战进入第四阶段:一系列散乱的、激烈对抗的夜间鱼雷攻击。
日本驱逐舰已经击沉被打烂的&ldo;苏沃洛夫&rdo;号。但在这之前,一艘俄驱逐舰到达并转移了头部受伤依然失去知觉的罗热斯特文斯基。夜幕下,日本的鱼雷舰艇‐‐21艘驱逐舰和37艘鱼雷艇从各个方向袭击了晕头转向的俄国舰队。击沉2艘战列舰,另2艘巡洋舰破损惨重,只得打开通海阀使其沉没,免遭被俘。
5月28早日凌晨,离前一日战区140海里的地方,东乡的参谋人员的望远镜正从空旷的地平线上扫过,突然南方60海里处的轻型巡洋舰分队报告发现俄舰。日本战斗分队朝接触区驶去。9点30分看见了战列舰&ldo;奥列尔&rdo;号和&ldo;尼古拉一世&rdo;号、2艘近岸防御铁甲舰和1艘巡洋舰。越过俄舰的炮弹没有引起反应,他们仅在&ldo;尼古拉一世&rdo;号上挂了一块桌布。这是根据涅博加托夫的命令用它代替白旗,而那艘俄国巡洋舰全速逃走了。
在被分隔开的俄国舰船中,战斗编队里的1艘岸防铁甲舰遭重创沉没;2艘巡洋舰搁浅;4艘驱逐舰和4艘补给船被击沉;2艘驱逐舰‐‐包括罗热斯特文斯基所在的那艘‐‐被俘;3艘巡洋舰、3艘补给船和1艘驱逐舰跑到中立港遭扣留。在海战中,12艘俄国装甲舰中的8艘,其中包括5艘战列舰被击沉。离开波罗的海的53艘舰船中,只有1艘巡洋舰和3艘驱逐舰抵达符拉迪沃斯托克。