1905年3月6日凌晨3:36分，日本联合舰队第二舰队第二战队八云号装甲巡洋舰被黑夜之中不知道那一艘军舰发射的穿甲弹意外击中了船舷上的一个重要位置——尽管它是装甲巡洋舰，但是它的装甲厚度却不令人满意——这一发穿甲弹击中了他的鱼雷仓，随后八云号装甲巡洋舰发生了剧烈的爆炸，很快他就沉到了吃水线。舰长立即下令扔掉所有重物，但为时已晚，在20分钟之后，八云号装甲巡洋舰也沉没。
3:47分，日军电号驱逐舰被击，然而事后人们发现，原来这艘驱逐舰是被自己的炮弹误伤，并且一发命中被击沉。
4:04分，日军新高号巡洋舰被俄国军舰围剿并击沉。
4:25分，俄军大胆号驱逐舰被击中，不过它始终没有沉下去，船头的良好密封性让它立在水中，最终被日军俘虏。
4:46分，俄军尼古拉一世号战列舰被鱼雷击中，右侧船舱开始渗水，随即日本军舰开始围攻这艘战列舰，凭借着东方微弱的光亮，日本军舰的命中率上来了。尼古拉一世号战列舰舰长在下令转舵的时候，舵仓遭到炮击，一发来自日本三笠号战列舰的炮弹击中了舵仓，舵手以及二副当场被炸死，船长身受重伤，尼古拉一世号战列舰失去控制，开始加速原地转圈。士兵们尽管努力想要控制军舰，但是船体开始倾斜，随后外围的四艘日本鱼雷艇奋不顾身冲了上去，发射了八枚鱼雷全部击中目标，尼古拉一世号战列舰发生大爆炸，在五分钟后沉入海底。
5:28分，日军春日号装甲巡洋舰被击沉。
5:52分，日军雨村号驱逐舰被击沉。
6:10分，日军笠置号巡洋舰被击沉。
此时天已经开始蒙蒙亮了，日本人水兵们可以借助光线对俄军进行精准炮击了，随后，俄军开始纷纷中弹，但是俄军军舰强大的防护能力还是让日本人感觉到无能为力。
6:30，俄军奥列格号巡洋舰被击沉。
惨烈的厮杀让双方都精疲力尽，尽管天已经放亮，但是海面上燃烧的军舰以及半漂浮在海面上的军舰还是给这惨烈的一幕渲染了悲凉的色彩。日俄双方激战了十九个小时了，但并没有决出胜负，可是不少军舰已经弹尽粮绝，尤其是日本军舰，他们并没有携带太多的补给物资。
现在，东乡平八郞要面临着一个重大的抉择，是继续战斗下去，还是撤出战场，海战完全没有按照日本军舰作战计划进行，俄国人突然得到警告之后的炮击佐世保行动，日本人的计划完全被打乱了，而第三战队突然出现在俄军面前，导致俄军提前调整好了战斗队形，再加上夜晚降临的海战与混战，使得日军陷入种种不利情况。
而现在这一切都不存在了，有利条件回到了日军面前，然而日军的炮弹和燃煤却不足了，一夜的炮战让日本舰队的弹药舱所剩无几，而由于靠近日本海军基地，因此为了追求航速，日本海军联合舰队并没有装载太多的燃煤，而且在海战之中舰队始终保持着高速航行的状态，使得舰队的燃煤消耗比平时快上一倍。
日本海军联合舰队司令官东乡平八郞就像是一个倒霉蛋一样，难道这注定了日本舰队的悲剧吗？
“不！统计弹药，我们要把最后一个炮弹扔出去才返航，所有军舰弹药清空！”东乡平八郞歇斯底里地叫喊道。
日本人最后的疯狂给了俄国极大的杀伤，日军的鸥号鱼雷艇突破了所有舰船来到俄军鹰号战列舰旁边，并发射了四枚鱼雷。鹰号战列舰避开了两枚鱼雷，并且利用舰船上的机关炮击沉了鸥号鱼雷艇，可是另外两枚鱼雷却击中了鹰号战列舰。其中的一发导致鹰号战列舰侧装甲大量进水，另一发击中了船头，导致鹰号战列舰操控出现了问题，航速变慢。鹰号战列舰无奈退出战斗，向中国方向逃走。
随后日本又有四艘效仿鸥号鱼雷艇的其他鱼雷艇想要干掉俄军旗舰苏沃洛夫公爵号战列舰，可惜被舰船上的机关炮击沉。
9:34分，俄军阿芙乐尔号巡洋舰被击沉，这艘军舰在历史上就是炮击冬宫并引发了十月革命的那艘著名的起义军舰，但是历史的改变让这艘军舰成为了埋葬在对马海峡的俄国军舰之一，舰船上76名船员包括舰长等人随即被日本驱逐舰抓捕。
此时，俄国在海上继续战斗的舰船只剩下苏沃洛夫公爵号战列舰（全军总旗舰）、博罗季诺号战列舰、奥斯利雅维亚号战列舰、谢尼亚文海军上将号海防舰、奥列格号巡洋舰、旺盛号驱逐舰、响亮号驱逐舰六艘军舰，但是苏沃洛夫公爵号战列舰满目疮痍，博罗季诺号战列舰弹药不足，奥斯利雅维亚号战列舰同样受损，俄军最终只能选择撤退。
而日军方面，东乡平八郞的联合舰队死伤更加惨重，一夜的厮杀让日本人精疲力竭了，他们也几乎弹尽粮绝，但是凭借着一股子勇气，还是将俄国人吓跑了。东乡平八郞见到俄国人掉头撤退，随即下令追击，很快，日本人追上了鹰号战列舰，并将其俘虏。
而日本人继续追击，他们知道俄国人没有海军基地，一直追击下去的话，获胜的一定是日本人，所以东乡平八郞率领着日进号装甲巡洋舰、三笠号战列舰、敷岛号战列舰、富士号战列舰、龙田号战列舰、音羽号巡洋舰、磐手号装甲巡洋舰、浪速号巡洋舰、不知火号驱逐舰、夕雾号驱逐舰、阳炎号驱逐舰、霰号驱逐舰、晓号驱逐舰、胧号驱逐舰、雷号驱逐舰、曙号驱逐舰对俄军展开追击。同时，东乡平八郞下令第三战队其余军舰进行打捞救援，救援结束之后押送被俘俄军舰船以及受伤军舰返回佐世保海军基地。
然而就在3月6日凌晨1点钟（莫斯科时间3月5日晚8点整），中俄双方在俄国首都圣彼得堡签署了《中俄停战条约》。