Первым в бой вступил крейсер «Владимир Мономах», открывший огонь по японскому разведочному крейсеру «Идзуми». Успех был на стороне русскою крейсера. «Идзуми» получил несколько попаданий в носовую часть и вышел из боя. Исправив повреждения, он снова приблизился, но и на этот раз, попав под точный огонь русского корабля и получив ряд попаданий в кормовую часть, вынужден был выйти из боя. «Владимир Мономах» повреждений не получил.

Этот вообще-то незначительный на общем фоне сражения эпизод показал, что там, где офицеры и комендоры отнеслись к своим обязанностям со всей серьезностью, им сопутствовал определенный успех, хотя и частный. Согласно приказу Рожественского, крейсера «Олег» и «Аврора» заняли позиции впереди транспортов, разведочный отряд — в хвосте, «Дмитрий Донской» и «Владимир Мономах» — по сторонам Сражение главных сил шло полным ходом, когда появились японские легкие крейсера. Через полчаса после начала сражения с южного направления к русским концевым кораблям приблизился 3-й отряд вице-адмирала Дева в составе крейсеров «Касаги», «Читосе», «Огова» и «Ниитака». Затем к ним присоединился 4-й отряд адмирала Уриу: «Нанива», «Такачихо», «Акаси» и «Цусима».

Разведочный отряд оказался в тяжелом положении. Ему на помощь пошли крейсера адмирала Энквисга. Бой с японскими крейсерами шел на контркурсе. Качество подготовки японских артиллеристов на легких крейсерах было хуже, чем на броненосных кораблях, и бой шел на равных. Однако вскоре к японцам подошли еще два отряда крейсеров. Это были 5-й отряд вице-адмирала Катаока в составе крейсеров «Ицукусима», «Мацусима», «Хасидате» и старого броненосца «Чин-Иен» и 6-й отряд под флагом контр-адмирала Того-младшего в составе «Чиода», «Сума», «Акицусима» и «Идзуми».

Силы японцев удвоились, и с этого момента русские крейсера стали нести значительные потери. Обстреливаемые транспорты смешали строй, и это грозило столкновениями. Сумбурные перемещения отдельных кораблей привели к тому, что главные силы оторвались от них. В стороне от главных сил находился поврежденный флагманский броненосец «Князь Суворов». «Олег» и «Аврора» направились к нему на помощь. Однако в этом необходимости не было, броненосец прикрыли повернувшие на обратный курс главные силы. Крейсера адмирала Энквиста вернулись к транспортам За ними пошли и крейсера «Изумруд» и «Жемчуг», не находившие себе дело рядом с броненосцами.

Двойное превосходство японских крейсеров отразилось на результатах боя — русские корабли получили значительные повреждения. Силы действительно были не равными. По сравнению с соотношением состава артиллерии главных сил преимущество в бортовом залпе японских крейсеров над русскими было еще большим Японцы располагали пятью орудиями крупного калибра в 305 — 320-мм, четырьмя 203-мм, тридцатью 152-мм и пятьюдесятью одной 120-мм пушками. Русские крейсера могли противопоставить им в бортовом залпе только двадцать три 152-мм и двадцать 120-мм пушек. Можно только удивляться, что при таком соотношении сил русские крейсера и транспорты не были потоплены буквально в течение получаса.

Крейсер «Олег» получил попадание в правый борт. В результате возник пожар, грозивший взрывом кораблю, и только своевременные и грамотные действия экипажа спасли крейсер от гибели. Кроме того, «Олег» имел ряд попаданий и пробоин у ватерлинии. Пострадала и «Аврора». Ее командир капитан 1-го ранга Егоров был убит. Получили повреждения и другие крейсера «Светлана» с пробоиной в носовой части получила дифферент, и скорость ее упала. «Жемчуг» также получил несколько попаданий, когда находился еще у главных сил. «Владимир Мономах» получил небольшие повреждения. Из его команды был убит только один человек, его артиллерия и механизмы остались в сохранности. Также незначительно был поврежден и «Дмитрий Донской». Из его команды убыло только четыре человека ранеными. «Изумруд» и «Алмаз» особых повреждений не получили, а из команд был убит только один человек.

Единственной потерей крейсерского отряда русской эскадры был вспомогательный крейсер «Урал». Поврежденный снарядами, он поднял сигнал бедствия: «Имею пробоину, которую не могу заделать своими силами». Спасением с нею людей занялись буксиры «Свирь» и «Русь» и транспорт «Анадырь». В суматохе «Анадырь» протаранил борт «Руси», и этот небольшой пароход мгновенно пошел на дно. Экипаж «Руси» перебрался на «Свирь». «Урал», покинутый экипажем, плавал еще некоторое время и был потоплен проходящими мимо японскими броненосцами. Если бы они знали, что корабль покинут, они спокойно могли его захватить и привести в базу.

Итак, в дневном бою русские крейсера, не считая вспомогательного крейсера «Урал», хотя и получили ряд повреждений, но остались в строю. Из японских крейсеров наибольшие повреждения, кроме упомянутого ранее крейсера «Идзуми», получил крейсер «Касаги» (под конвоем «Читосе» был вынужден покинуть бой). Значительные повреждения получили старые крейсера «Такачихо» и «Нанива». Около шести часов вечера японские крейсера вышли из боя. Кое-как построившись, русские корабли под флагом адмирала Небогатова взяли курс на Владивосток Однако испытания для избитых кораблей еще не кончились. В дело вступили многочисленные японские миноносцы.

Впереди предстоял тяжелый ночной бой, приведший к не меньшим потерям русских кораблей, чем дневной. Первой жертвой минных атак стал броненосный крейсер «Адмирал Нахимов». В 21 час во время отражения торпедной атаки крейсер на время включил прожекторы и тем привлек внимание японских миноносцев, показав им свое место. Положение крейсера усугубилось еще и тем, что он шел концевым. Японский миноносец, привлеченный светом прожекторов, сумел подойти вплотную и выпустить торпеду. Миноносец был уничтожен носовыми орудиями, но свою задачу выполнил. Крейсер получил попадание в носовую часть правого борта. Прожекторы были выключены, но было уже поздно. Переборки старого корабля не выдерживали давления воды и сдавали одна за другой. Корабль получил крен на правый борт и сел носом. Подведенный пластырь не оказывал желаемого эффекта, и вода продолжала прибывать, затапливая помещения корабля одно за другим. Было принято решение двигаться к ближайшему берегу кормой вперед, чтобы уменьшить давление воды на переборки. К утру крен удалось уменьшить, и катастрофа на время была отсрочена.

Утром открылся берег. Это была северная оконечность острова Цусима. Не доходя до берега, «Адмирал Нахимов» стал на якорь и начал спускать уцелевшие шлюпки. Было ясно, что крейсер спасти невозможно. Вскоре появились японские корабли — миноносец «Сирануи» и вспомогательный крейсер «Садо-мару». Крейсер был подготовлен к взрыву, были также открыты и кингстоны. Японская шлюпка подошла к погибавшему крейсеру и, убедившись, что им воспользоваться не удастся, вернулась к своему кораблю. Японцы тем не менее сумели поднять свой флаг. Оставшийся на корабле капитан 1-го ранга Родионов, после того как японцы отошли от гибнущего корабля, сорвал его.

Следующей жертвой ночных атак миноносцев стал полуброненосный крейсер «Владимир Мономах». Примерно в 21 час 30 мин крейсер получил попадание торпеды в носовую часть. Крейсер был очень стар, и попадание торпеды стало для него роковым Единственным утешением было то, что подорвавший крейсер миноносец был уничтожен. Подвести под пробоину пластырь не удалось, и вода продолжала распространяться по внутренним помещениям Скоро она появилась в машинном отделении. Пришлось вывести из действия носовую группу котлов. Скорость крейсера, и без того малая, еще уменьшилась.