В ночь на 14 (28) мая 1905 года на подходах к Корейскому проливу русская эскадра была обнаружена японским разведчиком. После того как было установлено, что она направляется в Восточный (Цусимский) проход, навстречу ей из Мозампо вышли главные силы Объединенного флота.

В 9:45 боевой отряд японского вице-адмирала С. Катаока (устаревший броненосец «Тин-Эн» и 4 крейсера) установил визуальный контакт с русской эскадрой, и русские корабли начали перестроение в боевой порядок. Завершая его, они обстреляли сблизившихся с ней 4 японских крейсера и вынудили их отойти. Русская эскадра легла на курс 230, который вел во Владивосток кратчайшим путем.

Через 20 минут З. П. Рожественский принял решение изменить боевой порядок, построив свои броненосцы в строй фронта, но почти сразу отказался от этой идеи. В результате ряда выполненных русской эскадрой маневров 1-й броненосный отряд (4 новых броненосца) оказался впереди и правее кильватерной колонны, в которой шли корабли 2-го и 3-го броненосных отрядов (новый эскадренный броненосец, 3 устаревших броненосца, 3 броненосца береговой обороны и броненосный крейсер).

Когда главные силы японского Объединенного флота приступили к сближению с русской эскадрой, З. П. Рожественский вновь изменил свое решение и начал перестраивать свои броненосцы в одну кильватерную колонну, из-за чего в момент завязки боя строй русских кораблей был нарушен и броненосец «Ослябя», вынужденный застопорить машины, чтобы избежать столкновения с другим кораблем, превратился в неподвижную мишень.

Пытаясь охватить голову русской эскадры, японский командующий также допустил грубую ошибку, из-за которой в первые минуты боя русские корабли некоторое время могли безнаказанно обстреливать японские. За это время флагманский броненосец Х. Того «Микаса» получил около 20 попаданий, а один броненосный крейсер вышел из строя с поврежденным рулевым управлением. Однако другие броненосные корабли противника, пристрелявшись по неподвижному «Ослябе», добились попаданий, ставших фатальными. Значительные повреждения получил и флагманский корабль З. П. Рожественского «Князь Суворов». «Ослябя» затонул около 14:25. Через 10 минут из строя вышел броненосец «Суворов». С этого момента и до завершения дневного боя эскадрой управляли командиры трех новых броненосцев, последовательно занимавших место в голове кильватерной колонны, или заменявшие их неизвестные офицеры, возможно даже младшие. Уклоняясь от огня противника, но при этом выполняя приказ своего командующего, они неизменно возвращались на курс, который вел во Владивосток, упрощая задачу японскому Объединенному флоту.

К 15:00 «Князь Суворов» полностью утратил боеспособность. Раненый З. П. Рожественский покинул боевую рубку, а в командование кораблем вступил старший минный офицер лейтенант Н. И. Богданов. С тяжелыми повреждениями вышел из строя «Император Александр III». Многочисленные попадания, повлиявшие на их боеспособность, получили «Бородино» и «Орел», на котором был смертельно ранен командир. Разгромив 1-й отряд, японские корабли перенесли огонь на броненосцы 2-го и 3-го отрядов. Серьезные повреждения получили «Сисой Великий», «Наварин», «Адмирал Нахимов». Несмотря на это, 2-я эскадра продолжала вести бой, нанося противнику чувствительные потери.

Крейсер «Владимир Мономах», добившись нескольких точных попаданий 152-мм снарядами, на время вывел из строя бронепалубный крейсер «Идзуми». После чего 5 русских крейсеров отряда контр-адмирала О. А. Энквиста, 2 бронепалубных и один вспомогательный крейсер разведывательного отряда вступили в бой с 8 крейсерами противника, атаковавшими транспорты.

В 15:40 бой возобновился. И опять противник реализовал свое превосходство в огневой подготовке. Тем не менее несколько русских снарядов крупного калибра попали в «Микасу» и броненосный крейсер «Ниссин», а на броненосце «Сикисима» преждевременным взрывом собственного снаряда была выведена из строя носовая 305-мм башня.

К тому же японский флагман вновь допустил ошибку, которая при иных обстоятельствах могла иметь серьезные последствия. Прекратив огонь по русским броненосцам, 1-й и 2-й броненосные отряды противника поворотом «все вдруг» легли на обратный курс и направились к месту боя между русскими и японскими крейсерами. К этому времени огнем противника было потоплено русское посыльное судно, тяжело поврежден и оставлен экипажем вспомогательный крейсер, серьезные повреждения получили «Олег» и «Аврора» (ее командир капитан 1-го ранга Е. Р. Егорьев был убит), миноносец и 3 транспорта. На помощь русским крейсерам пришли корабли отряда Н. И. Небогатова, которые вывели из строя 2 японских бронепалубных крейсера, отправленные на базу в охранении третьего крейсера. Русские корабли также получили повреждения, а броненосец береговой обороны «Адмирал Ушаков» – подводную пробоину. Тем не менее бронепалубные крейсера противника отошли, а около 17:00 из боя вышел и отряд X. Камимуры.

Вступивший в командование броненосцем «Бородино» старший офицер капитан 2-го ранга Д. С. Макаров продолжал вести эскадру курсом на Владивосток. В 17:30 эскадренный миноносец «Буйный» принял с потерявшего боеспособность, но еще остававшегося на плаву броненосца «Князь Суворов» раненого З. П. Рожественского, а также нескольких офицеров штаба эскадры и нижних чинов. Оставшиеся в строю офицеры «Суворова»: лейтенанты Н. И. Богданов, П. А. Вырубов и прапорщик В. И. Курсель – отказались покинуть тяжело поврежденный корабль. До 19:00 избитый вражескими снарядами броненосец вел бой с четырьмя японскими миноносцами, отстреливаясь из единственного 75-мм орудия. Когда оно замолчало, он получил три попадания торпедами, перевернулся и затонул со всеми, кто был на его борту.

Почти одновременно с ним погибли «Бородино» и «Император Александр III», из экипажей которых был спасен только один матрос.

На исходе дневного боя русскую эскадру вел броненосец «Орел», при этом централизованное управление ей все еще сохранялось. В кильватер «Орлу» держались корабли 3-го броненосного отряда контр-адмирала Н. И. Небогатова, позади и несколько левее – 2 броненосца и броненосный крейсер 2-го броненосного отряда, а за ними – прочие крейсера, транспорты и миноносцы, оставшиеся в строю.

После 18:00 З. П. Рожественский направил к флагманскому кораблю контр-адмирала Н. И. Небогатова миноносец «Безупречный» с сообщением о передаче ему командования и устным приказом продолжать идти во Владивосток, однако младший флагман в командование вступил не сразу, считая, что З. П. Рожественский продолжает управлять эскадрой. С наступлением темноты главные силы японского Объединенного флота покинули район боя и отошли.

В ночь с 14 (27) на 15 (28) мая 1905 года русская эскадра подверглась атакам вражеских миноносцев. Централизованное управление ею к этому времени прекратилось. Для уклонения от атаки вражеских миноносцев контр-адмирал Н. И. Небогатов приказал изменить курс, повернув влево, на юго-запад. За ним последовали лишь некоторые корабли, шедшие в кильватер флагманскому броненосцу или державшиеся рядом. Большинство кораблей эскадры в темноте потеряли связь с командующим и друг другом, а те, которые имели повреждения, повлиявшие на скорость их хода, отстали.

Командир отряда крейсеров О. А. Энквист после потери связи с Н. И. Небогатовым сделал вывод, что прорыв во Владивосток невозможен, и 18-узловым ходом последовал на юг. Кроме его флагманского крейсера «Олег», такой ход могли развить только «Аврора» и «Жемчуг». Эти 3 крейсера 21 мая (3 июня) 1905 года прибыли в Манилу, где были интернированы.

Миноносец и 2 военных транспорта, командиры которых также отказались от прорыва во Владивосток, были интернированы в Шанхае, а транспорт «Анадырь» дошел до Мадагаскара.

Остальные корабли и суда, повинуясь приказу, после дневного боя продолжали следовать во Владивосток. Когда около 20:00 14 (27) мая «Николай I» вновь повернул на северо-восток и увеличил ход до 12 узлов, за ним последовали 3 эскадренных броненосца, 2 броненосных крейсера и 3 броненосца береговой обороны. Не включая прожекторов и ходовых огней, остатки главных сил русской эскадры смогли избежать потерь от торпедных атак противника.

Однако после 21:00 от флагманского корабля Н. И. Небогатова отстали эскадренные броненосцы «Сисой Великий» и «Наварин», броненосец береговой обороны «Адмирал Ушаков» и броненосный крейсер «Адмирал Нахимов». При этом командир крейсера включил ходовые огни и боевое освещение, что привлекло к нему вражеские миноносцы. Одна из выпущенных ими торпед попала в корабль. Из-за пробоины его скорость значительно снизилась, и он стал для противника легкой добычей.

Около 22:00 торпедой, попавшей в корму, был тяжело поврежден «Наварин», а крейсер «Владимир Мономах» получил пробоину в носовой части корпуса. В 23:15 взрывом торпеды было выведено из строя рулевое управление на эскадренном броненосце «Сисой Великий».

Повреждения «Адмирала Нахимова», «Сисоя Великого» и «Владимира Мономаха» оказались такими, что их командиры приняли решение направить корабли к острову Цусима и затопить.

Полузатопленный «Наварин» японские миноносцы добили, сбросив впереди по его курсу 24 плавающие мины. Две из них взорвались под его днищем, и броненосец быстро затонул. Из 703 человек экипажа спаслось трое нижних чинов.

Японский флот в ночном бою также понес потери – 2 миноносца были потоплены, 4 получили значительные повреждения.

Утром 15 (28) мая 1905 года наступила развязка. За флагманским броненосцем Н. И. Небогатов следовали только «Орел», «Генерал-адмирал Апраксин», «Адмирал Сенявин» и крейсер «Изумруд». Около 10:00 они были окружены пятью боевыми отрядами Объединенного флота, в составе которых насчитывалось 25 броненосных кораблей и бронепалубных крейсеров. Через четверть часа корабли противника открыли огонь по «Николаю I» и вскоре добились двух попаданий. Команды русских кораблей заняли свои места по боевой тревоге и приготовились умереть с честью. Огнем своих орудий ответили противнику «Орел» и «Генерал-адмирал Апраксин», однако тут же получили приказание Н. И. Небогатова прекратить стрельбу. На застопорившем машины «Николае I» подняли сигнал о сдаче, а некоторое время спустя – японский флаг. Примеру флагмана последовали командиры трех других броненосцев.

Командир крейсера «Изумруд» капитан 2-го ранга В. Н. Ферзен дал полный ход, прорвался сквозь боевой порядок главных сил Объединенного флота и, оторвавшись от преследования, направил корабль к Владивостоку. Однако на подходах к нему он потерял уверенность в себе и «для выяснения обстановки» решил сначала зайти в бухту Владимир, где в ночь на 16 (29) мая 1905 года, посадив корабль на мель, поспешил его взорвать.

Почти все русские корабли, следовавшие во Владивосток самостоятельно, сражались до последней возможности. С честью погибли крейсер «Светлана» под командованием капитана 1-го ранга С. П. Шеина и миноносец «Безупречный», которым командовал капитан 2-го ранга И. А. Матусевич. Утром 15 (28) мая к северу от острова Цусима эскадренный миноносец «Громкий» под командованием капитана 2-го ранга Г. Ф. Керн сам атаковал обнаружившие его миноносцы противника. Когда вражеским снарядом был сбит Андреевский флаг, Г. Ф. Керн приказал прибить его к флагштоку гвоздями. Через 40 минут «Громкий» потерял ход, все его орудия вышли из строя, а командир был смертельно ранен. Не имея возможности для продолжения боя, команда миноносца затопила корабль. Из экипажа героического миноносца 23 человека было убито, а остальные попали в плен. По возвращении в Россию 35 нижних чинов «Громкого» были награждены знаками отличия Военного ордена 4 степени, 11 – знаками 3 степени, а имя их героического командира было присвоено эскадренному миноносцу.

Доблестно сражался броненосный крейсер «Дмитрий Донской» под командованием капитана 1-го ранга И. Н. Лебедева. Вечером 15 (28) мая у острова Дажелет он был настигнут шестью японскими крейсерами. Командовавший ими вице-адмирал С. Уриу сообщил русскому командиру, что его флагман уже сдался, очевидно рассчитывая, что тот последует примеру старшего начальника, но ответа не дождался и приказал открыть огонь. «Дмитрий Донской» вел неравный бой более часа, повредив 2 корабля противника. Значительные повреждения получил и русский крейсер. Часть его орудий была выведена из строя, другие переставали стрелять из-за того, что к концу подходил боезапас. Из находившихся на крейсере людей 84 человека погибли и умерли от ран, а 174 были ранены. Одним из последних вражеских снарядов, поразивших крейсер, были убиты лейтенант П. Н. Дурново и подполковник Г. С. Шольц, а командир И. Н. Лебедев тяжело ранен. Вступивший в командование крейсером старший офицер капитан 2-го ранга К. П. Блохин направил «Дмитрий Донской» к острову Дажелет. Скрывшись в его тени, русский корабль отразил атаки четырех японских миноносцев. С наступлением темноты бой прекратился, а утром 16 (28) мая 1905 года «Дмитрий Донской» с поднятыми стеньговыми флагами был затоплен на большой глубине. Его командир скончался от ран в японском госпитале.

Около 16:30 того же дня на подходах к острову Дажелет два японских миноносца перехватили миноносцы «Бедовый» и «Грозный». Ранее на «Бедовый» с поврежденного «Буйного» перешли З. П. Рожественский и бывшие с ним офицеры штаба эскадры. Флаг-капитан командующего приказал «Грозному» идти прежним курсом, а на «Бедовом» поднять белый флаг и флаг Красного Креста. Командир миноносца возражать не стал, корабль был захвачен противником без единого выстрела, а З. П. Рожественский, офицеры его штаба и команда взяты в плен.

Командиру эскадренного миноносца «Грозный» капитану 2-го ранга К. К. Андржиевскому, принявшему бой, удалось оторваться от кораблей противника и дойти до Владивостока.

Помимо «Грозного», до Владивостока дошли крейсер 2-го ранга «Алмаз» и миноносец «Бравый». Их командиры – капитан 2-го ранга И. И. Чагин и лейтенант П. П. Дурново, – ИА также судовой механик «Бравого» поручик С. М. Беренов были награждены орденами Святого Георгия 4 степени.

Итоги Цусимского сражения для русского флота стали катастрофическими. За двое суток он потерял 23 боевых корабля, включая 9 броненосцев и 5 крейсеров. 5015 человек погибли в бою и умерли от ран, 6106 адмиралов, офицеров и нижних чинов во главе с командующим эскадрой и офицерами его штаба были пленены. Потери японского Объединенного флота составили 3 миноносца и 699 человек убитыми и ранеными.

Основной стратегический результат Цусимского сражения состоял в том, что Японский флот завоевал абсолютное господство на море и этому господству уже ничто не угрожало. Однако, обеспечив полную свободу действий на обоих морских театрах и одержав ряд важных побед на суше, Япония полностью исчерпала свои стратегические резервы, в отличие от России, которая ими еще располагала, при том что Маньчжурская армия даже после поражения в сражении под Мукденом сохраняла численное превосходство над противостоявшими ей войсками японской армии.