此时，两支舰队所处的黄海大东沟海面风平浪静，死一般的沉寂令人毛骨悚然，惟有军舰烟囱里冒出的浓烟在向上升腾。
在双方舰队相距12公里时，日本联合舰队向左稍稍变换航向，向北洋舰队的右翼扑去。
12时50分，双方相距5330米，北洋舰队旗舰“定远”号上305毫米口径的前主炮一声怒吼，其余各舰也相继开炮射击，世界近代史上规模罕见的中日黄海大海战就此打响了。
海战开始，北洋舰队右翼总兵兼“定远”号管带（舰长）刘步蟾为总指挥。
不久，日舰炮火击毁了“定远”号上的信旗装置，北洋舰队遂失去了统一的战场指挥。
而日军第一游击队则高速扑向北洋舰队右翼的弱舰“超勇”号和“扬威”号，将该二舰击沉。
日本联合舰队的两个战术分队分别向左后、右后方作转向，对北洋舰队实施穿插和包抄，使北洋舰队开始陷入腹背受敌的不利局势之中。
17时40分，日本联合舰队主动收队撤离战场，向东南方向驶去。
历时长达五个小时之久的这场海上残酷大绞杀宣告结束。
在这场战役规模的海战中，中日海军参战的军舰各是12艘，中方军舰整体老旧，吨位和火炮数量均不如日方，而且缺少速射炮。
作为北洋舰队的提督和中方战场指挥官，丁汝昌的战场指挥有一定失误。
并且在战前没有明令确定自己的代理人和代理旗舰，在交战过程中没有或已来不及采取任何补救措施，以致完全丧失了自己的指挥职能，使全舰队处于群龙无首而各自应战的被动局面。
但不可否认的一点是，日本海军在整场海战中指挥也同样是一团糟.
此次海战，日本联合舰队虽受一定打击，但未失一舰；而北洋舰队却损失了5艘军舰。
造成北洋舰队在黄海海战中严重失利的结局。
光绪五年（1879年），清政府从英国订购的“镇东”、“镇西”、“镇南”、“镇北”四艘军舰来华，北洋军舰日渐增多，李鸿章奏准将丁汝昌留北洋海防差遣，派充炮船督操。
六年（1880年），李鸿章奏派丁汝昌率林泰曾、邓世昌等赴英接收订购的“超勇”、“扬威”号巡洋舰。
在英期间，丁汝昌觐见了英国女王，拜访了英国海军司令和高级军官，并与当时一些著名的军舰设计师会面，留下了良好的印象。
借赴英的机会，丁汝昌特意绕道德国，参观了建造中的“定远”舰。
光绪八年（1882年）六月，朝鲜京城爆发壬午兵变，国内局势大乱，日本政府决定借机出兵朝鲜。
清政府派丁汝昌率“威远”、“超勇”、“扬威”等舰开赴朝鲜，用以观察局势和防止事态进一步恶化。
六月二十六日，丁汝昌与候选道马建忠离开烟台，率舰队抵达朝鲜仁川，日本海军舰队已先期到达。
丁汝昌决定“以软禁祸首李昰应为先着”，遂乘“威远”回天津请兵。
七月初七日，丁汝昌率“威远”、“日新”、“泰安”、“镇东”、“拱北”等船舰，载运淮军吴长庆部2000余人往朝鲜登陆，十三日，丁汝昌与吴长庆、马建忠等设计擒获朝鲜太上皇李昰应，押往天津软禁，使日本干涉朝鲜的计划落空。
八月二十九日，李鸿章上奏，称记名提督新授天津镇总兵西林巴图鲁丁汝昌，久历戎行，才明识定，前往英国督带快船回华，创练水师，讲求西法，能耐劳苦，此次扬威域外，足张国体。
清政府赏丁汝昌穿黄马褂。
光绪十一年（1885年），在德国订造的“定远”、“镇远”、“济远”回国，丁汝昌与津海关道周馥前往验收，举行升旗仪式。
光绪十二年（1886年）七月，李鸿章命丁汝昌与总查琅威理率北洋水师主力赴朝鲜釜山、元山、永兴湾等处操练，并巡查洋面。
不久，李鸿章又派吴大澄等勘定吉林东部国界，命丁汝昌率舰队至海参崴接应，然后折赴长崎进船坞保养（“定远”、“镇远”铁甲舰按设计，每半年必须入坞油漆一次，以防锈蚀，当时中国没有能容纳这两艘军舰的船坞，而前往日本，是最近的选择）。
七月初十日，“定远”等军舰到达日本长崎，引起日本民间的艳羡、妒恨心理。
七月十六日，中国休假水兵上岸，和日本警察及民众发生争斗，北洋水师总查琅威理一度准备下令向日本宣战，被丁汝昌制止，最终通过外交、法律途径平息了这场争端，日本向中国赔偿5万余元。
光绪十三年（1887年），清政府命令各地督抚物色将才，以备任用，分别保奏。
七月二十日，李鸿章递交《保举将才折》，丁汝昌名列其中。
光绪十四年（1888年）八月，清政府定北洋海军官制，在威海择地建造水师公所。