为了救护大清的运兵船，邓世昌率领着麾下的战舰小队，不顾实力上的悬殊差距，毅然决然的冲向了日本舰队。
见到北洋战舰终于驶入了开阔海域，战场环境已经有利于航速更高的日舰发挥，日军各舰长纷纷发出信号，要求予以迎击。
坪井航三原本的打算，是先去解决掉那两艘清国运船，再回过头来对付北洋的舰队。
可是见到属下们皆是如此亢奋，如果继续坚持己见，他担心桀骜不驯的他们，会再度违抗自己的命令。
为了避免编队瓦解，无奈的坪井也只得遵从“众意”，下令编队转向迎战。
不久，随着日舰的率先开火，北洋各舰随即还击，一场恶战在南阳湾中部的开阔海面上就此展开。
海战开始后，邓世昌指挥着编队坚持以横队阵型应战，努力保持舰艏指向敌舰，力求抵近发动冲击。
而日方，则始终采用单纵队的阵型，并利用己方航速的优势，在外围取顺时针绕行，力图攻击北洋编队侧后，同时躲避其屡屡发起的冲锋。
双方如此这般，在海面上盘旋缠斗起来，炮声不断。
相较北洋的战舰，新锐且先进许多的日本战舰，毕竟优势明显。海战初时虽不大体现得出来，但时间稍一拖长，便显露无疑。
北洋三舰在日舰猛烈而密集的火力打击下，频频中弹，造成了比较严重的损伤。
特别是位于右翼，老旧且为木壳的“开济”号，成为日舰编队绕击侧后的主要目标。
尽管该舰也凭借其装备的十门旧式火炮，进行了顽强的还击，而且命中多发。
但其木质的舰体，却根本承受不住日军混装爆裂药和黑火药的爆破弹的轰击。在连续中弹之后，舰上燃起了熊熊大火，场面惊人。
“开济”号上呈现的惨况，引得几艘日舰杀性大起，更加集中火力，试图将其快速击沉。
就在此时，一旁的“致远”号和“济远”号，在邓世昌的统一指挥下高速冲出，联袂对日舰编队发起了新一轮的冲锋。
这一次的冲锋行动，终于收到了不错的效果，注意力分散的日舰编队，在慌乱中被北洋两舰拦腰插入，冲乱了队形。
混乱之中，“吉野”号右舷后桅杆附近，被“致远”号发射的两发210毫米炮弹命中，伤得不轻。
其中一弹摧毁了其舷上的一门120毫米炮。
另一弹则在击穿“吉野”号的舰壳后，在沿途一路扫荡后发生爆炸，所幸在装甲甲板的保护下未伤及要害，但仍杀伤了不少官兵。
而“秋津洲”号右舷艏楼尾部的水线处，则被“济远”号前主炮的炮弹击中。该处舰壳被轰出了一个大洞，海水不断涌入。
遭此打击后，日舰纷纷规避，攻势顿减。
不过，在此番冲锋的过程中，北洋一方也付出了惨痛的代价。
混战当中，“济远”号的指挥塔被日舰发射的炮弹击中，该舰在此处存在的设计缺陷，导致了悲剧的发生。
正在指挥塔内指挥作战的沈寿昌，被弹片击中，当场牺牲，血溅舱内。
此后，在“开济”号已经彻底丧失战斗力的情况下，致、济两舰仍然毫不畏缩，相互掩护着，与日舰继续激战，直至将到午时。
另一边，由于有了北洋战舰编队与日舰的缠斗，大清两艘运兵船得以趁机安全的驶入了牙山湾。
而且原本泊于湾内的“威远”号，在听到炮声后也驶至湾口，堵在那里，形成防御姿态。
“威远”号虽然并未出击直接增援友舰，也未能现身战场，但该舰的烟柱却迷惑了日舰。
这让日本人怀疑，牙山湾中仍藏有清国实力不明的舰队，正在等待时机准备随时杀出。
又过了一会，他们又观察到，从西北方向出现了几缕黑烟。
这更让本已心存疑惑的他们，大惊失色，认定那是清国前来增援的舰队，意欲合围歼灭他们。
如此一来，他们心理防线瞬间被突破，急忙收拾队形，朝西南方向撤离而去。
他们不知道的是，北边那几缕黑烟，其实并不是什么大清增援的舰队，而是两江前来探察情况的“谅山”级四舰。
见日舰遁走，邓世昌指挥致、济两舰进行了短暂追击后，便折返回来，转头救援已被重创的“开济”号。
不过“开济”号的情况已然糟糕到无法挽回的地步了，最终只能放弃。
而致、济两舰的伤情，也都比较严重，倘若日舰再晚走一阵子，两舰也必将是凶多吉少。
在这场“南阳湾海战”中，北洋一舰被毁，两舰受到重创，人员伤亡一百五十余人。
但他们的付出，却保护了两艘运船上的千余名淮军将士和物资装备，得以安全抵达牙山。
日舰退走之后，“威远”号驶出牙山湾，与友舰汇合。
不久后，四艘两江战舰也赶到了事发地。
他们一面了解情况，一面协助“致远”等舰进行救护，并且建议对方为了安全起见，最好从北线返回北洋。
此后，在从仁川向国内发电报汇报情况后，两江四舰编队便朝着上海的方向返航了。清日开战的消息，也就此被各方得知，四处扩散。
几天后，日本在朝鲜的陆军第9混成旅团主力，开始向驻扎在牙山一带的淮军叶志超、聂士成等部发动进攻。
牙山的淮军，在得到增援后，大约已有五千左右的兵力，与来犯日军相当。
但该部淮军孤悬在外，信心不足。仅在牙山以东成欢驿与日军简单交战，随即撤走，并从朝鲜东部绕行数千里，直接退往了平壤。
至此，朝鲜南部再无清军，日本陆军也消除了后顾之忧，得以全力北顾。
再几日后，清日双方相继宣战，两国之间正式进入战争状态。
然而奇怪的是，自初战之后，朝鲜的陆海战场皆就此陷入了沉寂，交战双方之间也暂时失去了接触。
这让刚刚被拨开的战争迷雾，又再度笼罩，也让旁观者不禁感到茫然。