致远沉落后，在致远附近的济远见状立即逃离战场，途中误撞扬威。“扬威先已搁浅，不能转动，济远撞之，裂一大穴，水渐汩汩而入”。不久在东经123度40分9秒，北纬39度39分3秒的黄海海面上沉没。管带林履中愤而蹈海死。舰上官兵除被左一鱼雷艇救出六十五人外，均壮烈牺牲。海战后不久，军机处电寄李鸿章谕旨：“本月十八日开战时，自致远冲锋击沉后，济远管带副将方伯谦首先逃走，致将船伍牵乱，实属临阵退缩，著即行正法”。9月29日凌晨5时，方伯谦在旅顺黄金山下大船坞西面的刑场上被斩首。

广甲与济远编为一队，广甲管带吴敬荣见济远撤退，以为有例可援，随之逃跑。，因惧敌舰追及，慌不择路，逃至大连湾三山岛外触礁搁浅。吴敬荣率众纵火弃舰，登岸逃命。海战后第二天，北洋舰队派济远拟将广甲拖回港内，猛拖不起，此时数艘日舰至，济远急退回大连湾，广甲被日舰发炮击碎。日本第一游击队见济远、广甲撤走，曾奋力追击。但因相距太远，追之不及，遂折回集中火力围攻位于北洋舰队右翼阵脚之经远。“先以鱼雷，继以丛弹”。经远中弹起火。管带林永升临危不俱，指挥全舰，奋勇抗御，“发炮以攻敌，激水以救火，依然井井有条”。以一抵四，拒战良久。突然，忽来敌炮，击中经远。林永升中炮，头裂牺牲。经远“火势愈烈，烟焰焦天，俄尔舰体逐渐向左舷倾斜”。不久，“左舷舰首向水中沉下”。在舰体己下沉的危急关头，经远官兵仍继续沉着应战，一直坚持到最后。4时40分，终于在东经123度40分7秒，北纬39度51分海面上，舰首向东，左舷倾覆，最后在庄河黑岛南老人石海礁附近沉没。全舰除16人获救外，近200人殉国。

北洋舰队的超勇、扬威、致远、经远先后沉没，济远、广甲相继遁逃，共失去六舰，战斗力大减。日本方面虽然比睿、赤城、西京丸三舰有的退出有的失去战斗力，但这三舰均系弱舰，下仅对舰队战斗力影响不大，反而由于三弱舰退出战场，使日本舰队无需再分散力量保护弱舰。实际上是减轻了负担，得以轻装上阵。这样，日本由第一阶段的劣势转为优势，战局的发展变得对日本更加有利。

由于北洋舰队先后失去六舰，而靖远，来远等舰也因受伤起火暂时退出战列。因而在最后阶段的海战战场上，坚持战斗的只剩下定远，镇远两艘巨舰坚持抵抗。但是，定远、镇远两舰全体爱国官兵，面对优势敌人，毫无惧色。他们坚持战斗，力挽危局，誓与敌人血战到底。

期间镇远舰一发305毫米巨弹命中日方旗舰松岛，松岛弹药殉爆一侧火炮全部损毁，暂时失去战斗力，只能令各舰各自行动。

而日方本队五舰集中火力猛攻定远，镇远两舰。定镇两舰上弹如雨下，烈焰熊熊，但是我北洋官兵边救火边还击，始终坚持战斗。至下午17；30分左右，日军持续围攻近两个小时，定镇两舰仍岿然不动，日方上下深感绝望。此时“靖远、来远修竣归队，平远、广丙、鱼雷各艇亦俱折回”。靖远号管带叶祖珪，帮带刘冠雄知定远桅楼被毁，无从指挥，遂主动代替旗舰定远升旗集队。

而日本联合舰队司令官伊东祐亨担心，僵持下去会遭鱼雷艇夜袭，遂下令撤离。北洋舰队会和剩余诸舰，奋起直追。但是日舰开足马力，向西南一带飞驶遁去，瞬息已远。北洋舰队比之联合舰队的额速度本来就慢，这个时候就算想追也根本追不上了，也只好收队返回旅顺。

至此历经五个小时的黄海海战结束，北洋水师损失了致远，经远，超勇，扬威四艘军舰（此时的广甲只是触礁搁浅还没有沉没）。来远受重伤，死伤官兵约600人；日本舰队松岛、吉野、比睿、赤城、西京丸5舰受重伤，伤亡239人。

日本舰队撤离战场后，随即兵分两路，联合舰队本队由于数艘军舰受创严重，只能返回日本。而第一游击队的四艘战舰在稍事休整后，于第二天再次返回战场寻找战机，也就是在这一天日本舰队发现了搁浅的广甲，并将其击沉！

日本联合舰队数艘军舰将受创严重的旗舰松岛紧密的保护在编队正中，而比睿、赤城、西京丸三艘弱舰也受创严重，本来速度就慢，这时候更是雪上加霜，要死不活的吊在舰队的后面。

经过一夜的行驶，日本联合舰队于18日，行驶到了朝鲜白翎岛以西海域的时候，日舰桅楼上的哨兵东南方向有一艘军舰。