３分，完成转向的日本舰队旗舰“三笠舰”发炮还击，双方主力舰在６０００米距离内开始炮战，赫赫有名的对马海战爆发！

日舰转向过程中，装甲巡洋舰“出云”号遭受重创，不得不退出战斗序列，并于３时２５分沉没；另一艘装甲巡洋舰“浅间”号也同时受创。

这场海战从６月２日一直打到了６月３日晚，在总吨位、航速、火炮射速、先进程度等方面具有较大优势的日本联合舰队，开始占据上风。６月４日凌晨，随着俄国舰队旗舰“苏沃罗夫公爵”号严重受损，被迫退出战列，第二分队旗舰“奥斯利亚比亚”号沉没，俄国舰队司令罗日捷斯特文斯基也身负重伤之后，俄国舰队全线崩溃。

中午１２时，在海上漂浮的旗舰“苏沃罗夫公爵”号遭到日方炮击，俄国驱逐舰“狂暴”号冒险靠近旗舰，接走舰上伤员，并将舰队司令罗日捷斯特文斯基转移到“鲁莽”号。但下午２时，“鲁莽”号被４艘日舰包围，舰长被迫向日方投降。失去战斗力的俄国残余舰队在接任舰队司令，涅波加多夫少将的旗舰，战列舰“尼古拉一世”号的带领下，开始向上海撤退。

至此，日俄对马海战以惨烈的方式结束。