此時，兩支艦隊所處的黃海大東溝海麵風平浪靜，死一般的沉寂令人毛骨悚然，惟有軍艦煙囪裏冒出的濃煙在向上升騰。
在雙方艦隊相距12公裏時，日本聯合艦隊向左稍稍變換航向，向北洋艦隊的右翼撲去。
12時50分，雙方相距5330米，北洋艦隊旗艦“定遠”號上305毫米口徑的前主炮一聲怒吼，其餘各艦也相繼開炮射擊，世界近代史上規模罕見的中日黃海大海戰就此打響了。
海戰開始，北洋艦隊右翼總兵兼“定遠”號管帶（艦長）劉步蟾為總指揮。
不久，日艦炮火擊毀了“定遠”號上的信旗裝置，北洋艦隊遂失去了統一的戰場指揮。
而日軍第一遊擊隊則高速撲向北洋艦隊右翼的弱艦“超勇”號和“揚威”號，將該二艦擊沉。
日本聯合艦隊的兩個戰術分隊分別向左後、右後方作轉向，對北洋艦隊實施穿插和包抄，使北洋艦隊開始陷入腹背受敵的不利局勢之中。
17時40分，日本聯合艦隊主動收隊撤離戰場，向東南方向駛去。
曆時長達五個小時之久的這場海上殘酷大絞殺宣告結束。
在這場戰役規模的海戰中，中日海軍參戰的軍艦各是12艘，中方軍艦整體老舊，噸位和火炮數量均不如日方，而且缺少速射炮。
作為北洋艦隊的提督和中方戰場指揮官，丁汝昌的戰場指揮有一定失誤。
並且在戰前沒有明令確定自己的代理人和代理旗艦，在交戰過程中沒有或已來不及采取任何補救措施，以致完全喪失了自己的指揮職能，使全艦隊處於群龍無首而各自應戰的被動局麵。
但不可否認的一點是，日本海軍在整場海戰中指揮也同樣是一團糟.
此次海戰，日本聯合艦隊雖受一定打擊，但未失一艦；而北洋艦隊卻損失了5艘軍艦。
造成北洋艦隊在黃海海戰中嚴重失利的結局。
光緒五年（1879年），清政府從英國訂購的“鎮東”、“鎮西”、“鎮南”、“鎮北”四艘軍艦來華，北洋軍艦日漸增多，李鴻章奏準將丁汝昌留北洋海防差遣，派充炮船督操。
六年（1880年），李鴻章奏派丁汝昌率林泰曾、鄧世昌等赴英接收訂購的“超勇”、“揚威”號巡洋艦。
在英期間，丁汝昌覲見了英國女王，拜訪了英國海軍司令和高級軍官，並與當時一些著名的軍艦設計師會麵，留下了良好的印象。
借赴英的機會，丁汝昌特意繞道德國，參觀了建造中的“定遠”艦。
光緒八年（1882年）六月，朝鮮京城爆發壬午兵變，國內局勢大亂，日本政府決定借機出兵朝鮮。
清政府派丁汝昌率“威遠”、“超勇”、“揚威”等艦開赴朝鮮，用以觀察局勢和防止事態進一步惡化。
六月二十六日，丁汝昌與候選道馬建忠離開煙台，率艦隊抵達朝鮮仁川，日本海軍艦隊已先期到達。
丁汝昌決定“以軟禁禍首李昰應為先著”，遂乘“威遠”回天津請兵。
七月初七日，丁汝昌率“威遠”、“日新”、“泰安”、“鎮東”、“拱北”等船艦，載運淮軍吳長慶部2000餘人往朝鮮登陸，十三日，丁汝昌與吳長慶、馬建忠等設計擒獲朝鮮太上皇李昰應，押往天津軟禁，使日本幹涉朝鮮的計劃落空。
八月二十九日，李鴻章上奏，稱記名提督新授天津鎮總兵西林巴圖魯丁汝昌，久曆戎行，才明識定，前往英國督帶快船回華，創練水師，講求西法，能耐勞苦，此次揚威域外，足張國體。
清政府賞丁汝昌穿黃馬褂。
光緒十一年（1885年），在德國訂造的“定遠”、“鎮遠”、“濟遠”回國，丁汝昌與津海關道周馥前往驗收，舉行升旗儀式。
光緒十二年（1886年）七月，李鴻章命丁汝昌與總查琅威理率北洋水師主力赴朝鮮釜山、元山、永興灣等處操練，並巡查洋麵。
不久，李鴻章又派吳大澄等勘定吉林東部國界，命丁汝昌率艦隊至海參崴接應，然後折赴長崎進船塢保養（“定遠”、“鎮遠”鐵甲艦按設計，每半年必須入塢油漆一次，以防鏽蝕，當時中國沒有能容納這兩艘軍艦的船塢，而前往日本，是最近的選擇）。
七月初十日，“定遠”等軍艦到達日本長崎，引起日本民間的豔羨、妒恨心理。
七月十六日，中國休假水兵上岸，和日本警察及民眾發生爭鬥，北洋水師總查琅威理一度準備下令向日本宣戰，被丁汝昌製止，最終通過外交、法律途徑平息了這場爭端，日本向中國賠償5萬餘元。
光緒十三年（1887年），清政府命令各地督撫物色將才，以備任用，分別保奏。
七月二十日，李鴻章遞交《保舉將才折》，丁汝昌名列其中。
光緒十四年（1888年）八月，清政府定北洋海軍官製，在威海擇地建造水師公所。