17日上午8时，旗舰定远上挂出龙旗开始返航。
11时许，北洋舰队突然发现西南方向海面上有几簇黑烟，丁汝昌登上甲板了望，判定为日本舰队。于是立即命令各舰升火、实弹，准备战斗。
由东乡平八郎指挥的吉野号率先发现北洋舰队，发出信号“东北方向发现三艘以上敌舰”。12时20分，日舰逐渐接近北洋舰队。12时50分，北洋舰队旗舰定远首先开炮。十秒钟后，镇远舰也发出炮弹，紧接着，北洋舰队各舰一齐发炮轰击。三分钟后，日本旗舰松岛也开始发炮还击。刹时间，双方各舰百炮一齐怒放，硝烟弥漫，海水沸腾。后起的小国和衰落但也装备了先进武器的中华帝国，第一次在海上展开决战。
开战之初，双方的力量对比如下：
火炮/门鱼雷发射管/架总排水量/吨总兵力/人平均航速/节
北洋水师195 556 2.7万 212610.2
日本舰队268 568 3.6万 3916 14.5
另据英国海军年鉴统计，当时速射炮的发射速度是原后装炮的六倍，由此计算，日本舰队的火力实际上相当于北洋舰队的三倍。
战斗开始不久，下水已12年、7年未修的旗舰“定远”号主炮发射时炸膛，丁汝昌摔伤，信旗被毁。丁汝昌拒绝随从把自己抬入内舱，坚持坐在甲板上督战。可是他只能鼓一舰士气，战斗刚开始，北洋舰队就失去了指挥。日第一游击队4舰利用航速优势绕攻北洋舰队右翼“超勇”、“扬威”，二舰相继被击中起火，退出战斗。日舰“吉野”也被北洋舰队击中起火，但很快被扑灭。13时30分左右，“超勇”沉没。
