六时十六分，梧州舰尾部被连续被命中三枚鱼雷，尾部燃起冲天火焰，右舷水线下方，被炸开一个近6米长的窟窿，每秒都有成吨的海水倾泻其中，整个战舰舰首上仰加舰体右倾，更是进一步加快了进水速度，三个青铜螺旋桨中，右侧一个被鱼雷爆炸的气泡冲击直接脱落，中间螺旋桨转动轴受损变形，最左侧的螺旋桨收到水中剧烈震荡，只能低速转动，两个方向舵中，右舵被炸飞，左舵卡死，导致整个战舰只能以八节左右的速度，向着东南方向低速行驶，整个舰上电力丧失三分之二以上。
紧随其后的贵州舰左后舷被命中一枚鱼雷，大部分爆炸威力被300毫米的徐州特种装甲钢扛下来了，不过被命中的装甲板脱落，后方的装甲板连带着开始变形，而后在水流冲击下近一半脱落，让整个左侧舰体阻力变大，整个战舰开始不受控右转，装甲板内部的煤炭隔离层被打穿，优质的无烟煤在水流冲击下，不断向外流失，海水同样涌入其中，与煤炭冲击后，不断在左舷冒出漆黑的海水。
与此同时，福州舰被对手战列舰命中350毫米炮弹一发，这枚炮弹被舰上前主炮300毫米厚的装甲板卡住，然后在上甲板与主炮塔之间爆炸，将炮塔前方的甲板上炸出一个近三米直径的窟窿，整个前主炮一时间也丧失开火能力，还没等舰上众人反应过来，又一发203毫米开花弹命中福州舰指挥舰桥侧面的装甲，同样300毫米厚的装甲板将其弹开，可惜敏感的开花弹引信在千分之一秒内激活，然后瞬间爆炸，让黑色的舷侧舰桥装甲被炸的更加黝黑，巨大的冲击波将侧面的外部观测台、对地测距仪、侧面的副炮、后方的小艇摧毁的一干二净，尤其是爆炸的冲击波，让在指挥舰桥里的中央舰队指挥部瞬间丧失反应，不论是中央舰队总指挥长林泽德二级上将、第一舰队舰队长王墨甫中将，亦或是刚刚充实舰队毕业没几年的海兵赞划，还是服役多年的海兵士官们，职务不论大小，年龄不论老幼，在203毫米开花弹面前，人人平等，一起被震昏在指挥舰桥内。
整整五分钟时间整个第一舰队毫无反应，只能靠各舰自行进行还击，按照条例定下来的指挥序列，应当是二号战列舰广州舰接管指挥，结果在各舰的无线电明文呼叫中，不知道是通信天线被打断还是其他原因，广州舰毫无反应。
由于三号舰梧州舰中雷有倾覆危险，四号舰也中雷自顾不暇，装甲巡洋舰中一号舰汉阳舰也是中雷自救。因此在混乱了近五分钟后，就在广州舰也被数发小口径炮弹打中后，位于装巡战列第二位的朐阳舰舰长郑闽粱上校下令升起指挥旗，接管整个舰队指挥。
同步下令还有作战能力的五艘装甲巡洋舰抵近旅顺口，采取游动战术与北虏战列舰对射，干扰其射击精度，掩护战列舰撤退，驱逐舰编队有鱼雷的，重新编队后准备雷击北虏战列舰，无鱼雷的介护抢救三艘中雷战舰。
六时三十二分，在马力蒸汽轮机的推动下，五艘装甲巡洋舰像鲸鱼一样掀起巨大的尾迹，在旅顺口外海不断变换航行，并且与北虏的战列舰持续交火。
这时候北虏300毫米以上的大口径火炮，同样存在着射速过慢的问题，三艘北虏战列舰由于有雷击威胁，只能用舰首两门350毫米主炮对敌和两侧各一门200毫米副炮开火，导致三艘战列舰只有六门350毫米主炮和六门200毫米短倍径副炮，与对手的40门200毫米45倍径火力对战，相比之下，单位时间内的火力投射量，只有对手六分之一左右，火力非常孱弱，反倒是显得难以招架。
当然，北虏的350毫米的主炮也不是吃素的，大明装甲巡洋舰100毫米的主装甲与之相比，不管哪艘舰，只要是挨上一发，至少要报个中破。
因此，朐阳等五舰只能采取不断变换航向方式进行开火，北虏打不中己方，自己命中率同样是低的吓人。
双方炮战开始后，随着北虏战列舰打头出港的北虏装甲巡洋舰，在冒险冲出内外港之间宽度不到200米的航道时，被朐阳舰第二轮齐射就打中一发，舰首浓烟滚滚，紧接着在第三轮齐射中，出现两个近失弹，让该舰同样孱弱的装甲招架不住，左舷进水，明显左倾，如果强行出击，很有可能被朐阳舰打沉或者坐沉航道，因此只能缓缓倒车退回内港，反倒是让港区内的其余战舰一时半会堵在里面出不来。
战至六时五十分，在即将沉入地平线的夕阳照耀下，北虏一艘战列舰前部被沭阳舰命中一发200毫米炮弹，可惜战果不佳，前甲板上的火光燃起不到一分钟就熄灭了。
此时，中雷的汉阳舰进水严重，海水距离甲板已经不到两米，在沱江舰护卫下，缓缓向南行驶。
中弹后的福州舰恢复基本航行能力，在广州舰介护下，缓缓退出北虏火力范围。
命中一雷的贵州舰，已经低速撤离战场，向南行驶了近三海里。
最倒霉梧州舰，右倾至近10度，舰首上翘，不过由于近一万五千吨的排水量和厚重的装甲防护，整个战舰在进水近1500吨，舵机卡死的情况下，仍然缓慢向东南方向航行，靠在边上的闽江舰、珠江舰，尽管看起来效果不彰，不过还在玩命的协助抽水。
六时五十三分，就在夕阳没入地平线的瞬间，粱介夫准将抓住机会，率领六艘还有鱼雷的驱逐舰，利用转瞬而来的黑暗掩护，用着近30节的速度，冒险向着北虏三艘战列舰进行鱼雷突击。
同时，得益于畅通的无线电通信指挥，朐阳舰等五艘装甲巡洋舰火力全开，按照每门主炮都按照每分钟三发的持续射速，全速压制北虏火力。
漆黑的夜色中，相隔近六千米的双方战舰和炮台上，炮口不时绽放着火焰，随之而来的隆隆炮声和爆炸声，就像两个巨人，在相隔甚远的地方互抛火力，威胁对方。
只不过黑沉沉的海面上，还有六艘驱逐舰在玩命的狂奔向北侧海岸线。
六时五十九分，黑暗的夜色中绽放出两个明亮的火花，在火光的背景中，还有数个黑色的刀片舰在高速回转。
晚七时零五分，在持续的爆炸声中，双方脱离交火，大明中央舰队返航。
晚十时十三分，进水严重的梧州舰，在舰长陈承颐上校命令下宣布弃舰，而后陈舰长准备关上指挥舱室与舰同沉，被早有准备的舰上海兵宪兵打昏，而后全体人员撤离梧州舰。
晚十时四十一分，在一阵让人牙酸的咯吱咯吱声中，梧州舰在旅顺口东南二十九千米处侧翻沉没。
晚十一时十七分，由于管损不力，海水进入动力舱，导致全舰停航，在海水漫过汉阳舰主甲板后，赵柏毓准将宣布弃舰。
结果出人意料的是，汉阳舰在弃舰近三个小时，仍然顽强的漂浮在海面上，由于担心夜长梦多，受伤苏醒的总指挥长林泽德二级上将再次越过第一舰队舰队长王墨甫中将亲自下令，由介护的鳌江舰进行鱼雷处分，先后用了三枚鱼雷，在旅顺口东南约二十五千米海面上，将汉阳舰击沉。
经此一役，双方均宣称自己是战胜者，大明方面宣布击沉击伤北虏战列舰各一艘，击沉北虏装甲巡洋舰一艘，击沉雷击舰七艘，重伤雷击舰九艘，实现对北虏海上战力控制权。
北虏方面，则宣称击沉大明战列舰两艘，装甲巡洋舰两艘，大型雷击舰七艘，重伤十余艘，成功击败大明舰队来袭，取得继“兰陵大捷”之后的“旅顺口大捷”。
并且在北虏报纸上长篇累牍的刊出大明战舰中雷后惨状，并且拍摄己方三艘战列舰雄姿用以衬托大明惨状。
实际上大明海兵将两场海战统称为“第一次旅顺口海战”，将两次损失合起来上报，这样至少看起来不是太难堪。
累计损失梧州号战列舰、汉阳号装甲巡洋舰，损失之江舰、鄱江舰、涪江舰、漓江舰、柳江舰、灵江舰等六艘驱逐舰，重伤贵州号战列舰、赣江和桂江号驱逐舰，由于前两艘战舰不是当场战沉，因此大明“第一次旅顺口海战”阵亡官兵867人，伤216人，还有37人失踪，大部分伤亡发生在10日凌晨的突袭过程中驱逐舰损失，不过中央舰队和第一舰队高层基本人人受伤，这个倒是让人很意外。
经过海兵职方司反复核实，确认北虏有两艘战列舰中雷，只不过北虏水师的宣传部门或者说摄影师摆拍确实有两把刷子，三艘战列舰并排侧拍，完美的挡住了后两艘舷侧中雷位置。
除此以外，锦衣外卫内线报告，被朐阳舰打中的北虏装甲巡洋舰同样受创甚重，基本上是坐滩半沉，要是想维修好，至少需要三个月时间。并且，北虏的水师左队损失惨重，十六艘第三代雷击舰战沉七艘，其余全部重伤，让原本以雷击舰为核心的北虏水师战力再次受到重创。