1894年9月中旬，北洋水师再次受命护送清军前往大同江登陆。17日，在清军开始登岸后，水师提督丁汝昌率舰队主力沿海面进行巡航训练，行进至大东沟附近海面时，与来袭的日本舰队正面相遇。中午时分，北洋水师旗舰定远号为震慑敌舰，首开巨炮，炮弹落在吉野舷左一百米处，海水四溅，声势惊人。三分钟后，日本舰队发炮还击。刹时间，双方各舰百炮轰鸣，大东沟海面硝烟弥漫，海水为之沸腾。
开战半小时后，超勇舰中弹累累，沉入海中，管带黄建勋坠水后，一鱼雷艇驶近抛长绳相救，但黄建勋推绳不就，自沉于海，与坐舰共生死。而另一边，扬威舰也在敌舰的轮番轰击下，全船尽毁，管带林履中弃船后奋然蹈海，以身殉国。
与此同时，北洋水师其他舰艇也和日本各舰展开了殊死的搏斗。开战不久，提督丁汝昌腿部受伤，但仍坚拒不退，并坐在甲板过道督战到底，以鼓舞士气。丁汝昌受伤后，定远管带刘步蟾代为指挥，表现极为英勇出色。没多久，定远便击中日本旗舰松岛炮塔，令其不敢继续正面对峙而急转舵向左逃避。
在清军登陆处执行护卫任务的平远、广丙两舰听到大东沟海面的炮声后，随即召集港内的鱼雷艇赶来参战。在管带李和的指挥下，平远号一炮击中松岛舰的中央水雷室，当场击毙敌发射手四名；福龙号鱼雷艇也险些将载有日本海军中将桦山资纪的西京丸号击沉。
但是，日舰第一游击队的吉野四舰依旧十分凶猛。激战中，定远号忽中一炮并引发大火，日舰趁机群起向定远猛扑。为给旗舰争取扑灭大火的时间，镇远、致远两舰急忙上前掩护，当时致远以一对四，炮弹几乎用尽，舰体身受重伤。危急时刻，致远管带邓世昌果断下令用舰首犄角直冲吉野，准备将之撞沉，挫灭敌焰。两舰迫近时，致远不幸被敌方鱼雷击中，全舰沉没。邓世昌落海后，其爱犬凫到身边，咬着衣服不让他下沉，但邓世昌用力按爱犬入水，与舰同沉，意在殉国。这一天，正好是邓世昌的45岁生日。
