一、丰岛海战以后双方舰队的行动
丰岛海战以前，日本政府“预料陆战可操胜券，但对海战的胜败如何尚抱疑虑”①。日舰丰岛偷袭得逞，使日本海军增强了战胜中国海军的信心，自那以后，联合舰队一直活动于朝鲜海域，一面掩护后续陆军和军械粮秣的海上运输，一面声援在朝日军的陆路作战。8月5日，联合舰队接到日本大本营关于搜索和击破中国舰队的命令，伊东祐亨随即于8月7日率舰队从隔音岛出发，驶往黄海西部海面，甚至闯到威海卫和旅顺军港，进行搜索和挑战。
北洋舰队方面，7月25日的丰岛海战只是稍有损失，对整个舰队的战斗力并无多大影响。战后第二天，李鸿章电令丁汝昌“即带九船开往汉江洋面游巡迎剿”。但同时又说：“惟须相机进退，能保全坚船为妥；仍盼速回。”②丁汝昌于7月27日率队由威海卫出发，由于受李鸿章“保全坚船”指示的束缚，不敢前往汉江口，仅至大同江口外即返回威海卫基地，以“未遇倭兵商各轮”敷衍了事。中日宣战的当天（8月1日），李鸿章又电告丁汝昌：“总署催汝统铁、快各船往仁川附近……相机截击”。但又继续强调：“速去速回，保全坚船为要。”①于是，丁汝昌于出发前复电李鸿章，以无侦探快船、又少快炮等为由，言明不能去汉江口，只宜“远巡大同冰洋，遇敌痛剿；近顾北洋门户，往来棱查”。李鸿章当即转告总理衙门，称丁所言“似系老成之见”。②8月5日，清廷得知叶志超军已经溃败，预料日军必将北攻平壤，于是令北洋舰队专顾大同江口一带海面的安全，以便由海路增援平壤。8月9日，丁汝昌第三次率队出巡。第二天黎明，日舰二十余艘突然出现于威海卫港外，遭到海岸各炮台的猛烈炮击。当晚，日舰又窜至旅顺口外，与城头山炮台交相炮战。清廷闻知威海、旅顺一带洋面有日舰活动，甚为惊骇，急令丁汝昌率北洋舰队“速回北洋海面，跟踪击剿”③。8月23日，清廷进一步指示：“威海、大连湾、烟台、旅顺等处，为北洋要隘，大沽门户，海军各舰应在此数处来往梭巡，严行扼守，不得远离，勿令一船阑入”④。此后，北洋舰队再未远巡，不出北洋一步。这样，日本海军便完全控制了朝鲜仁川、大同江口等重要港口，占领了从海路进攻中国的有利前进基地。
由于丁汝昌多次率队出巡无功，受到朝野不少人的攻击。8月26日，光绪帝下令将丁汝昌革职，但仍“戴罪自效”。李鸿章不得不上奏为丁汝昌辩护，同时乘机正式提出“保船制敌”的方针，进一步强调“海上交锋，恐非胜算”，建议清廷放弃争夺制海权。他认为，“今日海军力量，以之攻人则不足，以之自守尚有余”，因而主张北洋舰队“不必定与拚击，但令游弋渤海内外，作猛虎在山之势”。①从此，北洋舰队更加陷入了消极自保的被动局面。
二、海战经过
9月上旬，清廷鉴于平壤将有大战，拟派兵增援。为了及时到达前方，决定将驻防大连一带的总兵刘盛休所部铭军八营四千人由海道运至大东沟，然后转由陆路赴朝。这样，海军掩护，责无旁贷。李鸿章乃令丁汝昌率舰队护航。9月15日上午，丁汝昌率领北洋舰队主力抵达大连湾。其编成如下表：
9月16日2 时左右，铭军搭乘招商局“新裕”、“图南”等五艘轮船，在北洋舰队的护卫下，由大连出发，午后抵大东沟。“平远”、“广丙”泊于港口，由“镇南”、“镇中”两炮艇护送进港，“定远”等十舰均泊于港外十二海里之大鹿岛东南。铭军四千人连夜上岸，安全到达目的地。不过，此时平壤已失，铭军无法起到应援的作用。
日本联合舰队早想与北洋舰队决一雌雄，当得知中国海军将护送陆军赴朝的消息后，便于9月14日午后由仁川港出发，15日到达大同江口。因不见有中国舰船，伊东祐亨命部分舰只溯大同江支援第五师团进攻平壤，其余舰只暂泊于小乳纛角的东北。伊东祐亨判断，北洋舰队有可能护送陆军往鸭绿江口一带，于是不待全舰队集中，立率军舰十二艘，于16日下午出发，向黄海北部的海洋岛方向航进，17日晨抵达该岛附近。其战斗序列如下表：
9月17日上午10时30分左右，北洋舰队正准备起锚回航旅顺时，发现日本舰队自西南驶来，丁汝昌随即命令舰队起锚迎战。这时，双方舰队的力量对比如下表所示：
从上表可以看出，日本联合舰队吨位总数大，航速快，机动性好，火炮多，攻击力较强；北洋舰队拥有两艘巨型装甲战列舰，重炮多，防护性能较好。
战斗之前，丁汝昌曾规定三条训令：“1、舰型同一诸舰，须协同动作，互相援助；2、始终以舰首向敌，借保持其位置，而为基本战术；3、诸舰务于可能范围之内，随同旗舰运动之。”①
北洋舰队开始成“并列纵阵”（“定远”、“镇远”两舰居前），以每小时五海里的速度向西南方向航进。各舰爱国官兵，“皆同仇敌忾，凝视敌队，自负决心，勇气百倍”②。日舰则以第一游击队“吉野”、“高千穗”、“秋津洲”、“浪速”四艘速率最高的巡洋舰为先锋，伊东祐亨自乘旗舰“松岛”，率领本队“千代田”、“严岛”、“桥立”、“比睿”、“扶桑”跟进，12时许，又将武装商船“西京丸”及小炮舰“赤城”移至本队的左侧（非战斗一面）。丁汝昌、刘步蟾及总查德国人汉纳根等在“定远”舰前方的飞桥上，见日舰成“单行鱼贯阵”（单纵队）扑来，决定采取以主舰居中的“夹缝雁行阵”（交错配置的双横队）应战①。由于阵形尚未完全组成，旗舰即以每小时八海里的速度前进，“济远”、“广甲”、“超勇”、“扬威”等后续舰斜行追赶不及，以致形成半月形而类似“后翼梯阵”（又叫“燕剪阵”）。因此，日方认为，北洋舰队当时所列队形“似为不规则之单横阵，又似后翼梯阵，而‘定远’、‘镇远’居中……”②。
日舰第一游击队开始指向北洋舰队的中央，约距离一万二千米时，稍向左变换航向，然后又按原方向前进，准备首先进攻北洋舰队的右翼。本队也取大致相同的航向继进。
17日12时50分，双方舰队相距约五千七八百米，“定远”首先发主炮攻击，其余各舰亦相继开炮。弹丸落于日舰第一游击队近旁，但均未命中目标。当时正值微弱东风，硝烟弥漫于北洋舰队之前，日舰趁机以每小时十四海里的速度向前急驶。当前出到离北洋舰队右翼约三千米时，日第一游击队四舰陆续以其右舷速射炮猛轰“扬威”、“超勇”。13时5分，彼此仅距一千六百米，日舰以低弹道向“超勇”、“扬威”实施抵近射击，二舰相继起火，退出战斗。日舰“吉野”也中弹起火，但很快被扑灭。约13时30分，“超勇”沉没。这时，“平远”、“广丙”和两艘鱼雷艇已赶到，但因火力均不强，未能改善右翼态势。
当第一游击队绕攻北洋舰队右翼时，本队也与北洋舰队主力交相炮击。北洋舰队虽然阵形已被打乱，但各舰随时变换方向，力求使舰首对敌，以充分发挥主炮威力。“‘定远’猛发右炮攻倭大队各船，又发左炮攻倭尾队三船”①。日舰“比睿”、“赤城”因速度迟缓掉队，正好被北洋舰队所截击。13时10分，“比睿”突然改变航向，向右急转舵，冒死从“定远”、“来远”之间窜逃（距“定远”约一千米，距“来远”约四百米）。“定远”、“来远”以及“经远”等舰乘机予以夹击，重创“比睿”，迫使其向左转舵，逃出包围圈，追赶本队。“赤城”企图营救“比睿”，受到“来远”等舰的猛烈炮击，其舰长坂元八郎太等多人当场毙命。“西京丸”也受重伤，“舵已轰断，舟中观战之大吏（按：即海军军令部长桦山资纪）几被华军连船擒去”，“后遁至济物浦（仁川），丸中人如已赴法场重邀恩赦者然”。②
日舰第一游击队掠过北洋舰队右翼以后，又向左作一百八十度回航，企图利用其速度快、便于机动的优点，配合本队作战。但本队旗舰“松岛”发信号令其归队，便又向左作一百八十度回航。于是，北洋舰队主力舰只对准第一游击队右侧后方，猛烈炮击。14时15分，第一游击队刚刚追上本队最后一舰“扶桑”，又见“西京丸”发出“‘比睿’、‘赤城’危险”的信号，只得再次向左作一百八十度回航。与此同时，本队已绕至北洋舰队的背后，与第一游击队形成夹击之势。这样，北洋舰队便陷入了腹背受敌的不利境地，队形更加混乱。
战斗过程中，丁汝昌身负重伤，仍然坚持在“定远”甲板上鼓励士兵作战。右翼总兵“定远”舰管带刘步蟾代替丁汝昌督战，沉着指挥。北洋舰队大部分官兵都能英勇战斗，奋不顾身。“致远”管带邓世昌是他们中的杰出代表。“致远”舰多处受创，船身倾斜，弹药将荆邓世昌见日舰“吉野”十分猖狂，毅然下令开足马力，准备用冲角撞击“吉野”，与敌同归于荆“吉野”慌忙规避，并发射鱼雷。“致远”不幸重伤，锅炉爆炸。约15时30分，“致远”沉没，邓世昌等二百五十名官兵壮烈牺牲。“经远”也中弹起火，管带林永升浴血抗战，不幸中弹阵亡。
“致远”沉没后，“济远”管带方伯谦和“广甲”管带吴敬荣，贪生怕死，临阵脱逃。日第一游击队尾追不及，又折回猛攻已受重伤的“经远”。约17时左右，“经远”沉没，全舰二百七十名官兵除十六人获救外，余皆殉难。“广甲”仓皇逃跑时，“避大洋，傍岸行”，以致在大连湾的三山岛外搁浅（23日，遇日舰“秋津洲”、“浪速”巡航，便自行炸沉）。
“靖远”、“来远”因中弹过多，力不能支，退出战斗，避至大鹿岛附近紧急修补损坏的机器。“平远”、“广丙”及“福龙”雷艇也因尾追单独逃跑的“西京丸”，而为敌第一游击队所断，未及归队。
在“致远”、“经远”等舰同第一游击队激战的同时，“定远”、“镇远”两舰正同联合舰队本队进行着艰苦的鏖战。一小时后，“定远”只有三门炮、“镇远”只有两门炮尚能发射。两舰以寡敌众，始终保持相互依恃的距离。虽中弹甚多，几次起火，全体官兵仍然坚持奋战，一面救火，一面拚死抵抗，并重创敌旗舰“松岛”。日方承认：“（午后）三点三十分，‘镇远’所发的三十公分半巨弹两门，命中了我旗舰‘松岛’下甲板炮台的第四号炮，放在近旁的十二公分炮的装药因此爆发，霹雳一声，船舳倾斜了五度，冒上白烟，四顾黯澹，炮台指挥官海军大尉志摩清直以下，死伤达一百余人，死尸山积，血流满船，而且火灾大作，更加困难。”①由于无法继续指挥，伊东祐亨不得不下令各舰自由行动。
不久，“靖远”、“来远”抢修完毕，重新投入战斗。“靖远”帮带大副刘冠雄知“定远”舰号旗桅杆断裂，不能升旗指挥，建议管带叶祖珪代悬信旗集队，指挥各舰绕击日舰，并调出泊于港内的“镇南”、“镇中”等前来助战。于是，“平远”、“广丙”及各鱼雷艇也都折回。这时，日旗舰“松岛”已经瘫痪，“吉野”只剩下一具躯壳，失去战斗力，其余日舰也伤亡惨重，不能再战，又见北洋舰队重新集队，伊东祐亨便于17时40分左右下令各舰向东南方向遁逃。北洋舰队稍事追击，由于时已日暮，加之炮弹告竭，于是收队返回旅顺。
这次海战，历时五个多小时，其规模之大，时间之长，为近代世界海战史上所罕见。战斗中，日海军“松岛”、“吉野”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”五舰受重伤，共死伤约六百人。北洋舰队“致远”、“经远”、“扬威”、“超勇”被击沉，“广甲”自毁，“来远”等舰重伤，共伤亡近千人。
黄海海战，北洋舰队的损失虽然大于日方，但亦给日舰以重创，并迫使其率先逃跑。因此，当时中外舆论对于谁是这次海战的胜利者，众说纷纾从客观效果看，经过黄海海战，日本联合舰队虽未能达成“聚歼”北洋海军的目的，但由于北洋舰队嗣后不敢再战，日军基本上掌握了黄海制海权，为下一步实施花园口（今旅大市庄河西南九十里）登陆进攻辽东半岛创造了条件，对整个甲午战争的进程产生了重大影响。
李鸿章视北洋海军为私人资本，他不愿“以北洋一隅之力，搏倭人全国之师”，自然更不愿意以北洋舰队与日本联合舰队喋血一战，因而一再强调，“海军快船快炮太少，仅足守口，实难纵令海战”①，主张将黄海制海权拱手让与日本。这就不难看出，李鸿章提出的“保船制敌”方针，并非着眼于“制敌”，而是在于“保船”，其实质是避战自保。李鸿章先则不准丁汝昌率舰队护航增援牙山之清军，致有丰岛之败、“高升”之沉，助长了日本联合舰队的嚣张气焰；继则多次阻挠北洋舰队出海巡航，使日舰得以在汉江口至旅顺、威海卫之间的广阔洋面自由往来，而无后顾之忧。汉纳根曾指出：当时“已有责北洋海军之不出者，不知此不能为海军咎，且亦不能为丁汝昌咎也，有钳制海军者（如饬令毋得失船之类），丁汝昌不能专主也。”①此语颇为切中要害。所以，清政府的腐败怯懦，李鸿章的消极防御与避战自保方针，实为海战失利的根本原因。当然，除了战略指导上的错误以外，还与其它因素特别是作战指挥和战术运用等有关。
丁汝昌以陆将任海军提督，指挥海上作战，自难得心应手。由于缺乏海战经验，因而不善于根据敌我舰船的战术技术特点，采取避敌之长、击敌之短的灵活战法。黄海海战开始时，北洋舰队以夹缝雁行阵对付敌人的单纵阵，这种战斗队形诸多不利，如最难维持阵形，不便行动自由，不易发挥全舰队炮火之威力等等，因而颇遭后人责难。当然，黄海海战中丁汝昌等决定采用横阵应战也不是没有原因的。《晨园漫录》指出：由于北洋舰队各舰购置较早，其装备“大抵专注重舰首之重炮，而于两舷侧之速射炮则不甚加意，……其后速射炮日益发达，我各舰仍然依旧，未曾加以改造”，为了充分发挥重炮的优势，“自以布成横阵为最便”。②北洋舰队的中坚是“定”、“镇”二舰，各有三十点五厘米口径的主炮四门，它们不是安装在中心线上，而是位于军舰前部的两侧，只有基本上保持舰首对敌，才便于充分发挥其威力。因此，丁汝昌在战前训令中规定“始终以舰首向敌，借保持其位置，而为基本战术”，在海战报告中，也有“各船均以船头抵御，冀以大炮得力”③的说法。北洋舰队战术运用上的错误，主要在于把速度不同的军舰混合编组，并驾齐驱，致使“致”、“靖”、“经”、“来”四舰徒具高速而不能充分发挥其战术性能，丧失了巡洋舰应有的机动攻击作用，而陷于被动。相反，日方正是正确地利用了这一特点，将四艘高速舰单独编为一队，加之采用便于机动的单纵阵，因而在整个战斗过程中不受本队航速的限制，进行机动突击，而居于主动地位。其次，北洋舰队在编队上置弱舰于两翼，当敌舰迂回包抄其侧翼时，得不到强大炮火的支援。正是由于这一错误，一开始就造成“扬威”、“超勇”两舰中弹起火的恶果。此外，旗舰“定远”在战斗开始后不久就中弹负伤，失去升旗指挥的能力，对于整个舰队的作战也是有很大影响的。
在实力对比方面，北洋舰队是一支具有一定战斗力的近代海军，不仅拥有当时世界上有数的大型装甲舰和优良军港，而且将领中不少人是受过西方海军专业训练的留洋学生，士兵大多是选自沿海一带的劳动者，并聘有外国军官担任炮术、驾驶等各科教习，按西法进行训练，战前还进行过两次较大规模的校阅和演习，但和日本海军相比，总的实力毕竟居于劣势。军舰的速度是关系海战胜负的重要条件。北洋舰队速度最快的“致远”、“靖远”二舰，最高航速为十八节（由于使用日久，实际只有十五六节），最慢的“镇中”、“镇南”二炮舰，只有八节，而日舰最慢的“赤城”是十点二五节，最快的“吉野”达到二十二点五节。在战斗过程中，日舰（特别是第一游击队）正是利用其速度快、便于机动的特点，始终居于“胜则易于追逐，败亦便于引避”的有利地位；北洋舰队则处处显得被动，“惟随敌队之运动以为运动”①。在当时条件下，舰队的攻击力主要在于火炮。日本联合舰队不仅火炮总数大大超过北洋舰队，而速射炮更是众寡悬殊。据英国《海军年鉴》统计，黄海海战中，日本联合舰队的火炮发射力超过北洋舰队六倍，以致“日军以其胜利归功于速射炮”。①除此以外，北洋舰队虽有巨炮八门，“惟清廷怠忽无状，平时不事补充，战时全舰队中，仅有榴弹数发而已，瞬息之间，榴弹告罄”②。尤有甚者，有的炮弹实以泥沙，有的弹丸火药内掺水泥。因此，尽避战斗中命中弹丸不少，却未能击沉一艘日舰。
黄海海战虽然失利了，但在力量对比居于相对劣势和指挥失灵的情况下，北洋舰队大部分官兵仍能奋勇拚杀，开创了海上鏖战五个多小时的纪录，其英烈精神和光辉事迹，是值得称颂的。