在致遠艦沉沒之后，緊隨在致遠艦之后的“經遠”艦繼續迎戰“吉野”，也中彈起火，管帶林永升、大副陳策陣亡，隨后艦也被擊沉，250余名官兵殉難。
“濟遠”管帶方伯謙、“廣甲”管帶吳敬榮，貪生怕死，臨陣脫逃。“靖遠”、“來遠”因中彈過多，退出戰斗，避至大鹿島附近緊急修補損壞的機器。
到了這時，北洋艦隊已經被重創，除了定遠鎮遠兩艘鐵甲艦仍然奮戰之外，其他的軍艦都受到了不同程度的損傷或退出戰斗，或被擊沉或者臨陣脫逃。
而在北洋巡洋艦隊遭到重創的時候，兩艘鐵甲艦就好像兩只騎著戰馬的勇士一樣，在日本艦隊的圍攻下左沖右突，如入無人之境。
“定遠”、“鎮遠”兩艦頑強抵抗著日艦本隊的圍攻，雖中彈甚多，幾次起火，全體官兵仍然堅持奮戰，重創敵旗艦“松島”，打死打傷炮臺指揮官海軍大尉志摩清直以下100多人。
日本十幾艘戰艦圍著定遠和鎮遠兩艘鐵甲艦不停的轟擊，雖然他們兩艘鐵甲艦中彈近200枚，但是兩艘鐵甲艦巍然不動，讓日本司令官都覺得這兩艘鐵甲艦是不可擊沉的。
說到這里，咱們就說一說定遠艦，鎮遠艦兩艘鐵甲艦的防御。它們的防護形式采用中央鐵甲堡。鐵甲堡長度鐵甲堡厚度305~355毫米，艏尾部分水平方向的裝甲甲板厚76毫米，305毫米炮主炮臺圍壁厚305毫米，裝甲司令塔防護裝甲厚8英寸。
雖然日本巡洋艦速度快，但是其裝備的小口徑火炮，完全對定遠艦和鎮遠艦的超厚裝甲沒有半點辦法。
“靖遠”、“來遠”兩艦起先因為中彈過多，暫且退出戰斗，到大鹿島附近修補損壞的機器后，重新投入了戰斗。“鎮遠”艦的三十公分大炮連續擊中日軍旗艦“松島”號兩次，“松島”號甲板四號炮塔中彈后，引發了炸藥，發生大爆炸，“松島”號船軸傾斜五度，火災大作，遭到重創。
除了“松島”號，日軍聯合艦隊的“比睿”、“吉野號”、“赤城”、“西京丸”、“扶桑”等艦也遭受了重創。艦隊指揮伊東祐亨望見北洋艦隊又重新集結，此時天色也漸暗，同時他也對北洋艦隊的兩艘鐵甲艦產生了畏懼，害怕繼續戰斗下去，會使日本聯合艦隊損失更為慘重，便于下午五點半左右下令日軍艦隊撤出戰場。
說起來這場大戰雙方可以說是勢均力敵，北洋海軍并沒有處于絕對的劣勢。
這次海戰的結果，北洋水師艦隊損失了致遠、經遠、超勇、揚威、廣甲五艘軍艦，其中廣甲號臨陣逃離了戰場后觸礁，幾天后自毀；死傷官兵千余人。日本艦隊的松島、吉野、比睿、赤城、西京丸五艘艦艇也受了重創，死傷將士六百余人。
因為北洋的定遠艦和鎮遠艦，只要稍事休整就能繼續作戰，這樣算下來，日本在主力艦上仍然是處于劣勢的。
北洋水師拖著濃濃的黑煙，艱辛跋涉的回到了威海衛之后，這場大戰的消息才在清國的朝野傳開。
李鴻章得到消息之后，差點一口老血噴了出來，自己苦心經營了幾十年的北洋水師，竟然損失如此嚴重。
到了現在北洋水師恐怕已經不堪一戰了，因為現在所有的軍艦幾乎都帶著傷。
在這種情況下只有兩個辦法來恢復戰斗力，第1個就是立刻維修船只。