Alexéyev hizo un llamamiento a San Petersburgo y el zar Nicolás II respondió que compartía plenamente la opinión del virrey.

A las 9:55 a. m., su flota había traspasado la entrada de la bahía y, cuando la escuadra del Pacífico completó su salida a mar abierto, hábilmente viró hacia el sudoeste para disimular su intención real y logró retrasar la concentración de fuerzas del almirante Heihachiro Togo.

Durante este tiempo, aparecieron los cuatro cruceros del almirante Dewa, aproximándose rápidamente desde el sur a dieciocho nudos, y Togo intentó atrapar la flota de Vitgeft entre las dos columnas que avanzaban hacia él.

Sin embargo, Togo había calculado mal la velocidad de intercepción y Vitgeft, tras maniobrar en dirección al puerto, esquivó las pinzas de su adversario y puso proa nuevamente al mar abierto.

A las 14:45, el buque insignia japonés había conseguido situarse a menos de siete km del Poltava, que cerraba la formación rusa y que no había podido mantener los catorce nudos por problemas con sus motores.

Los dos buques japoneses recibían un fuerte castigo y, a instancias de Togo, aprovecharon su mayor velocidad para romper el contacto.

Adelantando a la flota de Vitgeft, planearon restablecer el contacto en condiciones más favorables.

Hacia las 15:20, salieron del rango de los buques rusos, cesando así el fuego.

[4]​ El almirante Dewa decidió sabiamente que sus cruceros poco podían hacer frente a los acorazados rusos.

El Retvizan tendió una cortina de humo y comenzó también a virar, tras haber puesto fin al intercambio artillero entre las dos escuadras con su maniobra y haber salvado al buque insignia ruso.

Cinco barcos de guerra, un crucero y nueve destructores habían conseguido regresar.

El dañado Tsesarevich y tres destructores de su escolta navegaron hasta Kiaochou, donde fueron internados por las autoridades alemanas.

[7]​[8]​ El crucero Askold y otro destructor se dirigieron a Shanghái, donde las autoridades chinas también los internaron.

El crucero Diana huyó a Saigón, en la Indochina francesa, donde quedó internado.

La imposibilidad de calcular el alcance y de visores adecuados para estos cañones hacía, sin embargo, que se siguiesen usando a distancias menores que su alcance real.

[13]​ El objetivo estratégico era evidente para ambas partes: para los rusos, abrirse paso hasta Vladivostok con al menos una parte sustancial de la fuerza (incluidos los buques principales); para los japoneses, evitar esto (con el añadido de evitar graves daños o la pérdida de sus buques principales, que los astilleros japoneses no podrían todavía reconstruir).

Por lo tanto, estratégicamente la batalla había sido una victoria japonesa, ya que la flota rusa nunca intentó de nuevo salir a mar abierto.

Para diciembre de 1904, las batallas terrestres habían convergido alrededor del propio Port Arthur y la artillería pesada japonesa pronto bombardeó los barcos de guerra rusos que se mantenían dentro de Port Arthur y hundió o averió todos los que se conservaron tras la batalla del mar Amarillo.

Tácticamente, la cuestión es menos clara; para el bando japonés, el objetivo más probable sería la destrucción de la escuadra rusa (o al menos las naves principales) en ese mismo momento, de nuevo sin sufrir demasiadas pérdidas por su parte.