致遠沉落後，在致遠附近的濟遠見狀立即逃離戰場，途中誤撞揚威。「揚威先已擱淺，不能轉動，濟遠撞之，裂一大，水漸汩汩而入」。不久在東經123度40分9秒，北緯39度39分3秒的黃海海面上沉沒。管帶林履中憤而蹈海死。艦上官兵除被左一魚雷艇救出六十五人外，均壯烈犧牲。海戰後不久，軍機處電寄李鴻章諭旨︰「本月十八日開戰時，自致遠沖鋒擊沉後，濟遠管帶副將方伯謙首先逃賺致將船伍牽亂，實屬臨陣退縮，著即行正法」。9月29日凌晨5時，方伯謙在旅順黃金山下大船塢西面的刑場上被斬首。
廣甲與濟遠編為一隊，廣甲管帶吳敬榮見濟遠撤退，以為有例可援，隨之逃跑。，因懼敵艦追及，慌不擇路，逃至大連灣三山島外觸礁擱淺。吳敬榮率眾縱火棄艦，登岸逃命。海戰後第二天，北洋艦隊派濟遠擬將廣甲拖回港內，猛拖不起，此時數艘日艦至，濟遠急退回大連灣，廣甲被日艦發炮擊碎。日本第一游擊隊見濟遠、廣甲撤賺曾奮力追擊。但因相距太遠，追之不及，遂折回集中火力圍攻位于北洋艦隊右翼陣腳之經遠。「先以魚雷，繼以叢彈」。經遠中彈起火。管帶林永升臨危不俱，指揮全艦，奮勇抗御，「發炮以攻敵，激水以救火，依然井井有條」。以一抵四，拒戰良久。突然，忽來敵炮，擊中經遠。林永升中炮，頭裂犧牲。經遠「火勢愈烈，煙焰焦天，俄爾艦體逐漸向左舷傾斜」。不久，「左舷艦首向水中沉下」。在艦體己下沉的危急關頭，經遠官兵仍繼續沉著應戰，一直堅持到最後。4時40分，終于在東經123度40分7秒，北緯39度51分海面上，艦首向東，左舷傾覆，最後在莊河黑島南老人石海礁附近沉沒。全艦除16人獲救外，近200人殉國。
北洋艦隊的超勇、揚威、致遠、經遠先後沉沒，濟遠、廣甲相繼遁逃，共失去六艦，戰斗力大減。日本方面雖然比睿、赤城、西京丸三艦有的退出有的失去戰斗力，但這三艦均系弱艦，下僅對艦隊戰斗力影響不大，反而由于三弱艦退出戰場，使日本艦隊無需再分散力量保護弱艦。實際上是減輕了負擔，得以輕裝上陣。這樣，日本由第一階段的劣勢轉為優勢，戰局的發展變得對日本更加有利。
由于北洋艦隊先後失去六艦，而靖遠，來遠等艦也因受傷起火暫時退出戰列。因而在最後階段的海戰戰場上，堅持戰斗的只剩下定遠，鎮遠兩艘巨艦堅持抵抗。但是，定遠、鎮遠兩艦全體愛國官兵，面對優勢敵人，毫無懼色。他們堅持戰斗，力挽危局，誓與敵人血戰到底。
期間鎮遠艦一發305毫米巨彈命中日方旗艦松島，松島彈藥殉爆一側火炮全部損毀，暫時失去戰斗力，只能令各艦各自行動。
而日方本隊五艦集中火力猛攻定遠，鎮遠兩艦。定鎮兩艦上彈如雨下，烈焰熊熊，但是我北洋官兵邊救火邊還擊，始終堅持戰斗。至下午17；30分左右，日軍持續圍攻近兩個小時，定鎮兩艦仍巋然不動，日方上下深感絕望。此時「靖遠、來遠修竣歸隊，平遠、廣丙、魚雷各艇亦俱折回」。靖遠號管帶葉祖珪，幫帶劉冠雄知定遠桅樓被毀，無從指揮，遂主動代替旗艦定遠升旗集隊。
而日本聯合艦隊司令官伊東祐亨擔心，僵持下去會遭魚雷艇夜襲，遂下令撤離。北洋艦隊會和剩余諸艦，奮起直追。但是日艦開足馬力，向西南一帶飛駛遁去，瞬息已遠。北洋艦隊比之聯合艦隊的額速度本來就慢，這個時候就算想追也根本追不上了，也只好收隊返回旅順。
至此歷經五個小時的黃海海戰結束，北洋水師損失了致遠，經遠，超勇，揚威四艘軍艦（此時的廣甲只是觸礁擱淺還沒有沉沒）。來遠受重傷，死傷官兵約600人；日本艦隊松島、吉野、比睿、赤城、西京丸5艦受重傷，傷亡239人。
日本艦隊撤離戰場後，隨即兵分兩路，聯合艦隊本隊由于數艘軍艦受創嚴重，只能返回日本。而第一游擊隊的四艘戰艦在稍事休整後，于第二天再次返回戰場尋找戰機，也就是在這一天日本艦隊發現了擱淺的廣甲，並將其擊沉！
日本聯合艦隊數艘軍艦將受創嚴重的旗艦松島緊密的保護在編隊正中，而比睿、赤城、西京丸三艘弱艦也受創嚴重，本來速度就慢，這時候更是雪上加霜，要死不活的吊在艦隊的後面。
經過一夜的行駛，日本聯合艦隊于18日，行駛到了朝鮮白翎島以西海域的時候，日艦桅樓上的哨兵東南方向有一艘軍艦。
「報告司令官閣下，東南方向發現一艘軍艦，正在向我艦隊靠近。」
「哦！」伊東祐亨得到報告後，馬上出了指揮是，來到了甲板上，舉起了望遠鏡，果然看到遠處一艘艦船正在靠近，憑借著經驗伊東祐亨可以斷定這是一艘軍艦，但是由于距離太遠，伊東祐亨也只能判斷出來的是一艘軍艦。
「通知各艦加強戒備！」雖然無法判斷對方是否是敵艦，但是伊東祐亨慎重考慮還是下達了加強戒備的命令。
「不可能是北洋艦隊的戰艦！昨天我們才剛剛跟他們交過手，他們的戰艦不可能出現在這里！」旁邊的副官信誓旦旦的說道。
「八嘎！身為一名指揮官，無論在任何時候都不能大意！你滴明白嗎？」伊東祐亨大聲的訓斥道。
「哈伊！司令官閣下教訓的是！」副官恭恭敬敬的說道。
「報告司令官閣下！哨兵已經看清了，對方懸掛的是英國皇家海軍旗！」
「納尼！英國人的軍艦？」伊東祐亨一臉疑惑的問道。
「哈伊！哨兵看的清清楚楚！」
「這個時候英國人派軍艦過來干什麼？難道是來觀戰的？」伊東祐亨不由的皺起了眉頭，心里開始琢磨著這支突然出現的英**艦來這里的目的。不過伊東祐亨完全不認為英國人是來干涉這場戰爭的，因為日本人已經和英國達成了某種協定，雙方正在密謀建立同盟關系。
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