1894年7月21日，李鸿章得到一个情报，说泊于佐世保港的日本联合舰队有11艘舰船出海，不知去向。他担心叶志超部陷入危局，增援牙山的清军难以登岸，遂命令丁汝昌统率大队舰船往牙山一带海面巡护，并特意叮嘱丁汝昌，“如倭先开炮，我不得不应，祈相机酌办”。
其实，李鸿章得到的情报并不准确，此时日本联合舰队正在集结，并未开始行动，但李鸿章对这一消息还是十分重视的。
接令后，丁汝昌随即进行了部署，准备率领“定远”“镇远”“致远”“靖远”“经远”“来远”“超勇”“广甲”“广丙”等九艘军舰，以及两艘鱼雷艇出航。他对李鸿章“如倭先开炮，我不得不应，祈相机酌办”的命令是这样回应的：“惟船少力单，彼先开炮，必致吃亏，昌惟有相机而行。倘倭船来势凶猛，即行痛击而已。”
从丁汝昌的电报中，我们丝毫感受不到他在大战来临之际的积极情绪，字里行间透露的都是无奈和无助，假如国人明晰这位系之于民族大任的海军司令在大敌当前之时如此消极，将是怎样的悲哀和愤懑！更加奇怪的是，在电报中，他说了一句让李鸿章既莫名其妙又十分气恼的话：“牙山在汉江口内，无可游巡，大队到彼，倭必开仗，白日惟有力拼，倘夜间暗算，猝不及防，只听天意，希速训示。”看到此话，李鸿章立刻回电训斥：“牙山并不在汉江内口，汝地图未看明。大队到彼，倭未必即开仗，夜间若不酣睡，彼未必即能暗算，所谓'人有七分怕鬼’也。”
丁汝昌长期出没于黄海海域，对朝鲜海岸特别是西海岸的地形当十分熟悉，在这关键时刻，怎会错以牙山于汉江口内呢这究竟释放了一种怎样的信号时至今日，人们都难以做出合理解释。戚其章先生认为，按当时的习惯，江华岛与永宗岛之间称汉江口，因此，丁汝昌所说的“汉江口”，系泛指江华湾而言，而“汉江口内”即是深缩在江华湾内的牙山湾。其实，戚先生的解释是很牵强的，既然按照当时的习惯，汉江口系指江华岛与永宗岛之间的狭小区域，怎能造成丁汝昌对江华湾的泛指呢一个军事指挥员在作战时如此泛指，还怎样指挥打仗呢陈悦先生认为，丁汝昌这里所称的“汉江口”就是“牙山湾”，这是过去与李鸿章“约定俗成”的称法，是李鸿章忘记了过去的约定俗成。
可是，陈悦先生并未提供他们“约定俗成”的证据，笔者也未从档案史料中找到这样的佐证。再者，将两个相距既不遥远又不很近的地理概念“约定俗成”为一个地方，实在是没有道理。笔者认为，或者是丁汝昌接到李鸿章电报后内心确有慌乱，发报时心不在焉，从而致错；或者是丁汝昌对牙山湾并不熟悉，一时反应不及，将两个地方搞错。
总之，是丁汝昌出错了。丁汝昌的出错释放的，并不是有些论者所说的积极求战信号。笔者联想到在“济远”等三舰出发赴朝之前丁汝昌训示“广乙”舰管带林国祥的一段话。当时，林国祥请示于丁汝昌：“若遇倭船首先开炮，我等当如何应敌”丁汝昌回答：“两国既未言明开战，岂有冒昧从事之理！若果倭船首先开炮，尔等亦岂有束手待毙之理！纵兵回击可也。”这一训示实际上是在贯彻李鸿章的指示，并无半点比李鸿章更积极的态度。
正当丁汝昌准备出航之时，一个人的出现改变了李鸿章的主意。此人就是俄国驻华使馆参赞巴布罗福。巴布罗福前来拜谒李鸿章的目的，是与李鸿章就日本在朝鲜的行动交换意见。巴布罗福说，日本兵在汉城筑炮台，守城门，作据城状，俄使馆不安，已电请国家派兵驱逐。李鸿章问俄国海军现驻摩阔崴的军舰有几艘，巴布罗福说有大舰十艘，如果要调往仁川是很便利的。李鸿章心中顿时升起希望，立刻表示，如果俄国能派军舰赴朝，中国也可派海军提督前往会办。巴布罗福说甚好，待国内回电后即知会中方。
巴布罗福的来访使李鸿章心头几乎已经熄灭的和平之火又重新燃烧起来。恰在当天晚上，李鸿章接到了中国驻英公使龚照瑗的电报，说英国政府已经电令其驻日公使，警告日本，以后如有开战，要承担一切责任。李鸿章以为，这是英国发出的干预日本侵略朝鲜的信号，日本不会不有所顾忌。也正是在这一天，李鸿章安排罗丰禄向日本驻天津领事荒川己次表示了派罗做密使，赴东京与伊藤博文谈判朝鲜问题的意向，日方还未回话。
所有这些因机缘巧合聚集到一起的因素，使李鸿章做出了日本不至于马上发动战争的错误判断。于是，他改变了主意，电告丁汝昌：“叶号电尚能自固，暂用不着汝大队去。将来俄拟派兵船，届时或令汝随同观战，稍壮胆气。”
对于李鸿章改变主张的内情，丁汝昌并不清楚，所以他颇有微词，抱怨说：“海军进止，帅意日一变迁，殊令在下莫计所从也。昨者之电，意在令昌亲带大队赴牙，今日之电，复又径庭。只有将应需所未备逐事通筹至足，以待调遣之明令耳。”其实，北洋海军中对李鸿章出尔反尔的做法大惑不解的不只是丁汝昌，“济远”舰帮带大副何广成事后分析说：“是役也，丁提督原约济远、广乙开船后即遣大队战舰相接应，至廿二日下午三点钟大队在威海已升火将启行矣。丁提督电爵相告行期，右翼总兵刘步蟾惮行，揣时方议和，当轴必不轻启衅，竟将丁电私加'遇倭必战’四字。爵相得电，果为所悚，覆电令缓行，是以船已起锚，忽然不开。”在这里，何广成竟然把李鸿章改变计划的原因归于刘步蟾在电报中加了“遇倭必战”四个字所产生的刺激，这也是不了解内情的一种揣测。
就这样，仅仅持续了一天的派大队出航计划，被抱着和平希望的李鸿章瞬间放弃了。然而这一最终决定，不但没有消弭李鸿章最不愿意看到的战争之祸，反而把增援朝鲜的陆海军官兵推向了死亡的深渊。
7月24日凌晨4时，“爱仁”号轮船抵达牙山湾，此时，北洋海军的“济远”“广乙”“扬威”三舰已在湾内，“威远”舰被派往仁川送交电报。方伯谦见“爱仁”到来，立即安排驳船载兵上岸。6时，驳船全部到齐，仅一个小时，1150人和116箱弹药就全部上了驳船。8时，已卸载人员、物资完毕的“爱仁”号驶出牙山口，返航烟台。下午2时，“飞鲸”轮船到达，方伯谦派出各船小艇，拖带驳船装运士兵、马匹和军需上岸。
下午5时30分，前往仁川送交电报的“威远”舰返回牙山，管带林颖启给方伯谦带来了一个糟糕的消息，说昨日日军已经攻入朝鲜王宫，劫持了国王，并据英国军舰舰长罗哲士透露，日军海军大队舰船将于明日开到。听到这一消息，方伯谦有些紧张，他立即命令官兵帮助陆军加紧卸载“飞鲸”上的物资，又令“广乙”“威远”两舰升火，准备开船回国。并叮嘱两船管带，回国途中，如遇“高升”等运兵船，可令其返回威海或大沽。可此时“广乙”舰上携带的小艇因拖带驳船上驶白石浦未回，还不能返航。方伯谦遂改令让航速慢、防护力弱的“威远”舰先行，赴大同江口一带，等待“济远”“广乙”到齐后一起回国。
这天天气晴朗，夜色清澈，海上风平浪静。方伯谦率舰平稳地航行了一个半小时，当行至丰岛海面时，情况出现了：在南方海天相接之处的微微白光中，突然出现了一缕缕黑烟，像是舰艇编队，方伯谦下令加速前进。7时半，天已大亮，远处驶来的军舰已经看得很清楚，方伯谦判断是日本军舰，“一吉野，一浪速，一不知名”，那艘不知名的军舰后来判明为“秋津洲”。15分钟之后，方伯谦下达了全体官兵进入战位，准备迎敌的命令。
日舰为何此时出现于丰岛海面原来，日本联合舰队第一游击队自离开佐世保港后，便一路侦察北洋海军动向，但直至24日上午也没有发现异常情况。坪井航三遂向伊东祐亨报告，要求离开本队继续往朝鲜西海岸侦察，伊东祐亨表示同意。
25日凌晨4时30分，第一游击队途经朝鲜忠清道西岸浅水湾安眠岛西方的瓮岛附近时，将航速提高至12节，以单纵阵向丰岛一带搜索前进，此时，三舰的舰影已进入“济远”和“广乙”的视线。6时30分，坪井航三遥见丰岛附近有两艘舰船正向南疾驶，遂提高警觉，下令各舰戒备，并将各舰航速提高至15节，加速接近目标。当与前方舰船相距5000米时，坪井航三辨认出该两舰船是北洋海军的“济远”和“广乙”。
面对明显弱于己方的对手，坪井航三在是否立即发起攻击上产生了瞬间的犹豫，因为在第一游击队离开本队前，伊东祐亨曾有训令：在牙山湾附近如遇到弱小的中国舰队，不必发动攻击；如遇到强大的中国舰队，立即发动攻击并将其击败，明显体现了他的决战意图。可是，当遇到“济远”和“广乙”两艘并不强大的中国军舰时，常备舰队参谋釜谷忠道大尉却指出：“究竟是强还是弱，都必须通过战争来判断。总之，无论如何也要进击。这就是执行命令的主旨。”坪井航三采纳了釜谷忠道的建议，于7时20分下达了战斗命令。
可是此时，日舰所处的位置水域狭窄，不便机动，坪井航三遂下令三舰快速向右转向180度，驶入宽阔水域，然后再左转180度，正面对向“济远”和“广乙”，拉开作战架势。“广乙”舰管带林国祥后来回忆说，他以为与日本军舰初次相遇时，日舰“必欲请战”，不料日舰转轮向东，林国祥又以为日舰要放弃作战，可当双方军舰相距约3000米时，“倭船返轮，如欲拦阻济远、广乙去路”。这说明，林国祥并未意识到日舰实施迂回的战术目的，或许方伯谦祈祷着这仅仅是一场虚惊。可是，日舰的行动使他们都如梦方醒。就在他们怀疑、迟疑之时，日舰“吉野”突然打响第一炮，拉开了丰岛海战的序幕。
根据《济远航海日志》记载，7时43分半，日舰“吉野”放一空炮，45分，日三舰同时发炮轰击中国军舰，“济远”和“广乙”即刻还炮。据林国祥说，“吉野”舰施放的第一炮轰击的是“广乙”舰。[2]无论日舰攻击的是“济远”舰还是“广乙”舰，日舰打响了第一炮是不争的事实。所以，在1894年8月1日光绪皇帝发布的对日宣战谕旨中严厉指出：中国为保护朝鲜百姓及中国商民添兵赴朝，“讵行至中途，突有倭船多只乘我不备，在牙山口外海面，开炮轰击，伤我运船”。这是确凿无疑的。
丰岛海战爆发时，中日海军参战舰艇实力相差悬殊，中方“济远”舰排水量2300吨,装备有210毫米炮2门,150毫米炮1门,航速16.5节;“广乙”舰排水量1000吨，装备有150毫米炮1门，120毫米炮2门，14英寸鱼雷发射管1具，航速16.5节。两艘军舰的总排水量为3300吨，舰炮6门，鱼雷发射管1具，平均航速16.5节。而日方“吉野”舰排水量4200吨，装备有150毫米速射炮4门、120毫米速射炮8门、47毫米速射炮22门、360毫米鱼雷发射管5具，航速22.5节；“秋津洲”舰排水量3100吨，装备有150毫米速射炮4门、120毫米速射炮6门、47毫米速射炮8门、360毫米鱼雷发射管4具，航速19节；
“浪速”舰排水量3700吨，装备有260毫米炮2门、150毫米炮6门、25毫米机关炮10门、11毫米格林炮4门、360毫米鱼雷发射管4具，航速18节。三舰的总排水量为11000吨，舰炮70余门，鱼雷发射管13具，平均航速19.8节。
特别是日方三舰均为新式巡洋舰，安装有大量速射炮，三舰17门速射炮每分钟可发射炮弹80余发。日方的优势是显而易见的。
又一发炮弹击中前炮台，二副柯建章也洞胸而亡。目睹大副、二副壮烈牺牲的天津水师学堂练习生黄承勋，奋然登台，召集炮手装弹，试图窥准时机收得一击之效。正在指画之际，一块弹片飞来，将其手臂击断，他顿时扑倒在地。两名水兵前来搀扶他进舱治疗，他摇头拒绝道：“尔等自有事，勿我顾也。”说完闭目而逝，年仅21岁。管旗头目刘鹍、军功王锡山等也先后中弹牺牲。
正当日舰集中攻击“济远”舰之时，在三艘日舰形成的阵形中，突然冲进一艘中国军舰，此舰便是跟随“济远”舰之后，同样遭到日舰攻击的“广乙”舰。与“济远”不同，“广乙”并没有且战且退，而是主动出击，开快车直奔“吉野”，试图利用舰首两具鱼雷发射管攻击日舰，同时解“济远”之围。可是，“济远”并未“回轮助战”，配合“广乙”的攻击行动，而是“加煤烧足气炉逃遁回华”。坪井航三和“吉野”舰舰长河原要一大佐十分清楚“广乙”的意图，他们担心遭到鱼雷攻击，便下令“吉野”转舵向左规避。“吉野”以其高航速在海上留下一个大大的圆弧形航迹。
仅靠16.5节的航速，“广乙”是无法追击“吉野”的，林国祥只好下令向“秋津洲”和“浪速”逼近。“秋津洲”舰舰长上村彦之丞大佐和“浪速”舰舰长东乡平八郎大佐也都被“广乙”舰的举动所震惊，他们暂时放弃了对“济远”的攻击，集中火力轰击“广乙”。
7时58分，当“广乙”逼近“秋津洲”舰尾600米时，遭到“秋津洲”速射炮的攻击，“广乙”桅杆被炮弹击中，桅炮炮手瞬间坠落牺牲，鱼雷发射室也中了一发炮弹，“广乙”遂失去发射鱼雷的机会。几分钟后，“广乙”又出现在“浪速”舰尾三四百米处，东乡平八郎指挥军舰向左转舵，用左舷炮和机关炮猛轰“广乙”。虽然“广乙”的大炮洞穿了“浪速”后部的钢甲板，击毁了它的备用锚和锚机，但自身中弹更多，全舰110余名官兵，阵亡30余人。其中有一枚开花弹在“广乙”舱面爆炸，造成20多人死伤。
东乡平八郎在日记中写道：“广乙号在我舰的后面出现，即使开左舷大炮进行高速度射击，大概都打中。”有一发炮弹在“广乙”舰桥附近爆炸，击坏了轮机，导致“广乙”的航速下降。在这种情况下，林国祥被迫指挥“广乙”撤出战斗，8时30分向朝鲜西海岸退却。“秋津洲”和“浪速”正欲追击，接到“吉野”发来的归队信号，“广乙”因此逃脱。
就在“广乙”冲入敌阵之际，“济远”依然边战边向西撤退，摆脱了“广乙”缠斗的三艘日舰穷追不舍。8点20分左右，“济远”后主炮发出的一发炮弹击穿了“吉野”右舷，打坏了发电机，又穿过机舱防护装甲落入轮机舱，可惜没有爆炸。就在此时，西方海面又出现了几缕黑烟，像是有船驶近战场，坪井航三下令各舰自由运动。“浪速”和“吉野”继续向“济远”发炮轰击，“浪速”已超越“吉野”航行在前，此时东乡平八郎看清了，先前驶进战场的舰船是北洋海军的“操江”号和英国商船“高升”号，“操江”见炮战激烈，遂准备调头回驶，“高升”则继续前行，东乡平八郎对此均未理会。
8时53分，“济远”突然挂起一面白旗，但并未停车，依然保持奔逃状态。东乡平八郎怕其中有诈，命令继续追击。当两舰相距3000米时，“济远”的桅杆上又升起了一面日本海军旗和一面白旗，这时东乡平八郎才相信方伯谦是真的要投降了，于是他命令“浪速”发出信号：“立即停轮，否则炮击！”“济远”随即停止了炮击，航速也减缓下来，并慢慢停船。“浪速”见状向旗舰“吉野”报告：敌舰已经降服，已发停轮信号，准备与它接近！
正当“浪速”向“济远”靠拢之际，先前驶进战场的“高升”号迎面而来，从“浪速”右舷驶过，吸引了东乡平八郎的注意力。东乡平八郎发现“高升”号上有中国士兵，便用旗语打出“立即停轮”的信号。方伯谦见“浪速”迟疑，便抓住时机，重新展轮向西疾驶。他明知“高升”号上有1100余名陆军官兵，但全然不顾其安危，一心只想摆脱日舰追击。航行在后的“吉野”于是超越“浪速”，追赶“济远”。
当两舰相距2500米时，“吉野”开始射击，连发六炮，均在“济远”周围爆炸，激起冲天水柱，“济远”亦发炮回击。“吉野”的航速是22.5节，而“济远”的航速只有16.5节，如此追击下去，“济远”定无逃脱可能。恰在此时，又一个机会出现了，“济远”水手王国成和李仕茂操纵后主炮，急发四炮，有三炮命中“吉野”，“吉野”遂停.止追击，“济远”趁机逃脱，于26日凌晨6时回到威海卫基地。
虽然方伯谦在“济远”舰航海日志中完全回避了挂白旗和日本海军旗的行为，甚至谎称“打掉了敌舰的舰桥，接着又一击成功，日舰扯起了白旗，悬挂在中国旗上方”；李鸿章、丁汝昌在电报、奏折中也对方伯谦挂白旗和日本海军旗之事只字不提，但多方史料证明，方伯谦的确挂了白旗和日本海军旗。至于他为何要这样做，笔者在前面已经做过分析，这里不再赘述。
“高升”号于7月23日上午9时50分从塘沽出口，直航牙山。“操江”号在塘沽装载饷械后，奉命经烟台抵威海，然后携带丁汝昌的文书等件，于24日下午2时由威海启航赴朝。这两艘舰船在途中相遇，结伴而行。
25日上午8时左右，“高升”号行驶到丰岛附近，船长高惠悌和汉纳根注意到，有一艘日本军舰远远地迎面驶来。10分钟后，又有三艘日本军舰从许岛后面驶出，尾随第一艘军舰疾驶。9时许，第一艘军舰接近“高升”号，高惠悌和汉纳根看见军舰上挂有一面日本旗，其上还有一面白旗。该舰在驶过“高升”号大副田泼林提醒他，“高升”号是一艘英国船，在离港时还不曾宣战，请求他征求他舰长的许可，允许“高升”号返回中国。但人见善五郎并不理睬，告诉高惠悌跟随“浪速”舰走。高惠悌表示：“如果命令跟着走，我没有别的办法，只有在抗议下服从。”人见善五郎遂返回“浪速”舰。
回舰后的人见善五郎向东乡平八郎报告说，“高升”轮是清国雇用的英国船，船中载有清军1100多人和一些武器，本月23日离开大沽，正要开往牙山。东乡平八郎听完汇报后，立即下令发信号通知“高升”，“即时拔锚随我舰出发”。中国官兵已经弄明白英国人与日军交涉的结果，并了解到高惠悌已同意跟日舰走，顿时人声鼎沸，全船骚动，表示宁死不做降虏。高善继警告高惠悌：“我们宁愿死，决不服从日本人的命令。”随后，高善继派人将高惠悌等外国船员看管起来。高惠悌后来回忆说：“中国将官听说我将以本船跟随浪速舰行进以后，表示拒绝，告诉我不允许跟随日本军舰行进。我回答曰，浪速舰一发炮弹足以使高升号沉没，抵抗无益。
中国将官曰，宁死不跟随浪速舰；我们有一千一百名勇兵，浪速舰乘员只不过四百人，与之作战又有何难。
我对他们说，这是愚蠢的。我又说，如果中国将官打算作战，我将和我的职员、轮机人员一起登陆。这时，他们暴怒，对我施加威胁，断言我若弃船而去，或跟随浪速舰行进，就要把我杀死或枪毙。”在这种情况下，高惠悌不得不发信号给“浪速”，请求再派小船来，以便“传知事件的情形”。东乡平八郎再次派出人见善五郎乘小船靠近“高升”，高惠悌委托汉纳根与人见善五郎谈判。汉纳根说：“船长已失去自由，不能服从你们的命令，船上的士兵不许他这样做，军官与士兵坚持让他们回原出发的海口去。”并转达了高惠悌的意见：“考虑到我们出发尚在和平时期，即使已宣战，这也是个公平合理的请求。”人见善五郎表示，须把这些情况转告东乡平八郎。
事件随后的进展完全出乎汉纳根、高惠悌等人的意料。田泼林记述道：
我们全体高级船员和汉纳根上校聚集在驾驶台，试图商讨所面临的事态，中国士兵在前甲板上吵吵嚷嚷。我离开驾驶台去船尾取我的文件，在后甲板上我遇到了轮机长和副轮机长，我向他们说明了事态的严重性。我说，如果日本人向我们射击，我们将不得不跳水，这是我最后一次见他们。一回到驾驶台，我发现日本军舰打出旗语：“立即弃船！”我们立刻派船尾的一名舵工向轮机手们发出警告：做最坏的准备。
接着我们向日舰示意：“不准我们弃船，请派小艇来。”命令我们弃船的信号仍在飘着，同时日舰又打出另一信号：“不能派救生艇。”浪速拉响了警笛，并调转舰身与我们成正横位置。这期间，警笛一直响着。接着，日舰仍打出先前两种信号，又在前桅上升起了红旗，几乎与此同时向我们发射了鱼雷。我们见到鱼雷射来，但未击中我们。约四分之一英里以外的浪速见状，即用右舷全部共5门炮和顶部的机枪向我们射击，舷炮击中了我们船底中部，舷身向右倾斜。
“浪速”是在离“高升”150米的距离发炮轰击的，“高升”这艘毫无抵抗能力的轮船，经不起“浪速”舰炮和机枪五次齐射的打击，锅炉发生爆炸，“顿时白天变成黑夜，空气中全是煤屑、碎片和水点”，经过30分钟的挣扎，最终沉没。“飞鲸”号船主瓦连在回航时目睹了“高升”沉没的全过程，他当时将“高升”误认为是“图南”。他看到“浪速”向该商船放炮约十五六响，该商船开始下沉，船头先沉，船尾向上，忽然又翻转45度，即全沉下，桅杆复直立出水40英尺。此时是1时30分。
面对日舰的攻击和“高升”号的缓缓下沉，高善继毫无惧色，他大声说道：“我辈自请杀敌而来，岂可贪生畏死吾家身受国恩，今日之事，有死而已。”骆佩德和吴炳文闻听此言，也高呼：“公死，我辈岂可独生”言毕跳入大海。在他们的鼓舞下，清军士兵有的跳入大海，有的在高处以步枪进行英勇抵抗。
东乡平八郎见“高升”已经沉没，便派出小艇搭救落水的欧洲人，高惠悌、田泼林等均被救上船，汉纳根则凭借水性在海上漂流四五个小时，游至丰岛。与此同时，日艇四出寻找落水的中国官兵，对他们进行惨无人道的射杀，“浪速”舰炮也向水中射击。一位被法国军舰搭救的清军士兵后来描述说，他落水后，游到一只长的小船上。日人向他们开枪，小船中有8个人被打死。小船内共有40多人，船被击沉，船的舵被击掉。因为潮流甚急，他不能游至岸上。后来，有100余名清军几经挣扎，漂到丰岛，他们躲到山坳里，忍饥三日，后为当地渔民发现，告诉村里的人，给他们提供了吃住，才得以生还。
下午3时，“浪速”启航归队，6时以后与“吉野”和“秋津洲”会合。
日舰撤出丰岛海面后，其他国家的军舰便赶来搭救落水人员，法国军舰从“高升”号桅杆上和水里救起45人，德国军舰搭救了包括游到岸上的汉纳根在内的112人，英国军舰则救援了87人，其余800多官兵全部殉难。这是日军在甲午战争中制造的第一起惨案。
就在“高升”号遭到攻击的同时，“操江”这艘已经服役25年的老旧军舰也遭遇了厄运。上午9时，舰长王永发见“高升”号已被日本军舰拦住，便转舵返航。此时“操江”距离“高升”3英里。向西行驶了约一小时后，王永发又发现“济远”突然从靠近陆地的一个岛屿之后驶出，向傍岸行驶，与日舰开始炮击。“操江”的航速只有9节，至上午11时30分，“济远”驶近“操江”，突然改变方向，向西偏北二度行驶，由“操江”船头驶过，两舰相距约半英里。此时“济远”悬白旗，白旗之下悬日本海军旗，舱面水手奔走张惶。
下午1时40分，一艘日舰接近“操江”，这便是坪井航三派出追击“操江”的“秋津洲”。在“吉野”和“浪速”分别追击“济远”和“高升”的同时，“秋津洲”奉命截击“操江”，以19节的速度扑来，并向“操江”发出了停轮的信号。“操江”并未理会，继续向西南方向航行，“秋津洲”遂发一空炮加以警告，并加速追击。1时50分，当两舰相距4000米的时候，“秋津洲”发一实炮，炮弹掠过“操江”上方，舰长王永发在恐惧中欲自尽，被弥伦斯劝止。弥伦斯告诉王永发，船上还有带往朝鲜的提督丁汝昌的文书，以及20万两饷银，如果轻易自尽，这些重要物品将悉数被日军俘获，不如将文书烧毁，将饷银投入大海。
王永发从惊恐中回过神来，接受了弥伦斯的建议，遂落下中国国旗，挂起白旗。可是刚刚把文书毁掉，还未来得及将饷银投入大海，“秋津洲”派出的仙板已经到达，舳板上27名全副武装的日军官兵很快登上了“操江”舰。
“操江”舰
日军登舰后，翻箱倒柜，肆意破坏，搜寻文书和重要物品。随后将王永发押上“秋津洲”，并驾驶“操江”跟随“秋津洲”返航。下午6时以后，“吉野”“浪速”“秋津洲”三舰会合。7月28日，“操江”舰连同83名官兵被日舰“八重山”号押往佐世保。被俘的中国官兵后来在日本受尽侮辱，据《申报》报道：被俘官兵被“倭奴看管甚严，不能轻出一步，每日派役提出十余人，逼视自带大帽联行街市以示侮辱中国之意”。直到战争结束后，王永发等83人才得以回国。
丰岛海战就是这样以北洋海军被追击、被击沉、被俘虏的方式结束的。这场海战对北洋海军来说是一场毫无准备的仓促之战，是一场实力相差悬殊的一边倒之战，是一场损失惨重、毫无战果可言的窝囊之战，是一场充满争议、留下无尽余音的悬疑之战。毫无疑问，中日之间的首次较量便出现这样的结局，无论是决策者李鸿章、丁汝昌，还是当事者方伯谦，都应负难以推卸之责。战争还没有正式开始，便出现如此严重的失误，他们的罪过何其大焉！
丁汝昌遂于30日向李鸿章提交了正式报告。报告一是描述了“济远”遭敌舰围攻的情形，说日舰首先开炮，三舰聚攻“济远”，炮弹“密如雨点”，“济远”望台、炮架、三舵机均受伤，阵亡弁勇多人；二是描述“济远”的反击情形，说“济远”用仅剩下的十五生炮一门猛击敌舰命中，使敌舰两艘折回，仅剩“吉野”尾随其后，连追不止，“济远”停炮诈敌，待日舰驶进“拟擒我船”，“猝发后炮，一弹飞其将台，二弹毁其船头，三弹中其船中，黑烟冒起，'吉野’乃移逃，四弹炮力已不及矣”；三是报告战果，说风闻日本海军提督阵亡，“吉野”重伤，途中沉没；四是提议奖赏开炮中敌的水手李仕茂和王国成等人，赏给李、王二人1000两银子，赏给帮助送药、送弹、放炮的其他弁勇1000两。
丁汝昌的报告不仅以细节充分肯定了“济远”舰在海战中的表现，而且有意回避了方伯谦逃跑以及挂白旗和日本海军旗的事实。丁汝昌为什么会这样做笔者分析，除了他“独以寡众不敌恕之”外，还有家丑不可外扬的心思。特别值得注意的是，在调查中丁汝昌竟然提出“风闻提督阵亡，'吉野’重伤，途次已没”这样的无稽之谈，并且要在“查确后尚当照前定赏额划清补给，以昭信赏”。这说明，方伯谦等人在海战后对战况进行了“周密”歪曲和“认真”掩盖，完全回避了“济远”舰不顾“高升”号安危逃离战场，并在途中悬挂白旗和日本海军旗的恶行。
丁汝昌对“济远”的调查绝不会一无所获，但他主观上不希望将方伯谦的恶劣行为公之于众，倒希望通过扩大“济远”击伤“吉野”，并导致其中途沉没、提督阵亡的“战绩”，来赢得朝廷内外对北洋海军在中日首战中表现的肯定。然而，真相很快就败露了。
李鸿章在接到丁汝昌的报告时，已经从驻日公使汪凤藻的来电中得知了日本军舰的损失情况，知道“吉野”虽被击伤，但绝无提督阵亡、重伤沉没之事发生，所以对丁汝昌的虚报十分恼火，便于当天回电斥责。
李鸿章说，如果按丁所说，“济远”舰的一门炮就“如此得力”，如果“济远”和“广乙”两舰所有的大炮一齐发炮轰击，日本海军即使有快船、快炮，怎能抵挡李鸿章还说，驻日公使汪凤藻已经来电告知，日舰在牙山一战受伤是确实的，但没听说日本提督已经阵亡、“吉野”已经沉没的消息。如果没有确实的证据，“战绩”就不可靠，岂能滥赏！李鸿章还要求丁汝昌，“既撤使绝交，威防尤应勤探严备，各船仍常留火，官弁夜晚住船，不准回家，卧薪尝胆，诸将士当时加申儆”。不过，李鸿章对此并无意深究，此时他的主要精力完全集中于即将开始的外交斗争上，他认为，日本违反国际公法不宣而战，以突然袭击的方式击沉“高升”号，必在英国国内引起公愤，英国政府也必然做出激烈反应，中英与日本之间新一轮的外交斗争即将上演。
然而，李鸿章的判断完全错了，“高升”号事件不仅没有将英国卷入丰岛海战后的外交漩涡，就连“高升”号事件的处理也令他大失所望。“高升”号被击沉后，清政府上下均十分愤慨，一方面，清廷下令撤回驻日公使，各海关暂停与日本的通商；另一方面，指示李鸿章争取英国政府的介入。
英国对中日之间冲突的调停，虽然一度因英日间达成协议而趋于冷淡，但始终没有中断，毕竟这其中涉及英国在远东的利益。27日下午，英国驻华公使欧格讷从驻天津领事宝士德处得知了“高升”号被击沉的消息，表示了愤慨的情绪，他在给英国外交大臣金伯利的电报中指出：“日本的行为是完全非法、无理的，因为高升号毫无防卫能力，又载有1000人，日本将其击沉，无论怎么说都是一种蛮横、残暴和无耻的行径。”英国驻远东地区的外交官、海军将领等，也都对日本的行径表示强烈谴责和抗议。“高升”号所属的印度支那轮船公司在得知“高升”号被击沉的消息后，更是无法按捺心中的愤怒，立即指令董事长马堪助和秘书崔讷，致函英国外交大臣金伯利，希望英国政府通报日本政府，要求他们对人员伤亡和财产损失负责。
英国国内舆论对日本的残暴行径进行了强烈谴责，普遍认为，中日战争主要的起因就是日本的野心，日本对“高升”号的攻击，践踏了人类准则和英国国旗，要求给予赔偿。
来自各方的反应和要求，最终都汇集到了英国外交部，在此种情况之下，外交部必须代表英国政府做出正式表态。然而英国外交部在这之前，并未认真对待来自各方的强烈反应和强硬要求，他们不希望将“高升”号事件演变成政治事件或军事争端，而是希望通过经济赔偿的方式来解决问题。特别是8月1日中国和日本相互宣战后，英国政府急于与日本达成妥协。
日本外务大臣陆奥宗光接到了来自海军的关于击沉“高升”号的报告后，意识到了问题的严重性，他担心日英两国间或将因此意外事件引起一场重大纷争，于是篡改了海军递交的报告，不仅把发动战争的责任推给了中国一方，而且突出了“高升”是在“操江”的护航下和士兵的抵抗下被击沉的。随后，他致电日本驻英公使青木周藏，让他转告英国政府，日本政府不承担击沉“高升”号的法律责任。
青木周藏接到国内的指令，便在英国展开了工作，其手段可谓无所不用其极。首先，他在本国的支持下，利用金钱收买英国媒体，左右舆论导向；其次，他派出公使馆德籍雇员亚历山大·西伯尔特男爵前往英国外交部游说，试图改变英国官方的看法。日方的措施触动了英国国内一些学者对英日关系的战略思考，他们从维护英日同盟，共同对付俄国的角度出发，主张为日本辩护。英国外交部出于联日抗俄的战略考量，经过一番舆论导向之后，决定公开挑明对“高升”号事件的处理态度，认定日舰击沉“高升”号并不违反国家法，英国无权向日本提出索赔要求，相反，“高升”号的拥有者印度支那轮船公司应向中国索取赔偿。
1895年5月，按照英国政府的授意，印度支那轮船公司向中国提出了索赔“四十八万八千八百八十美元”的要求。9月，英国外交部又按照苏格兰恤寡章程推算，向中国索赔共计英金四万六千一百六十六镑九先林。
“高升”号事件的处理，虽然有了明确的方向，但毕竟演化成了中英之间的纠葛，由于战争等诸多因素的影响，英国政府无法立即推动实施，只好暂时搁置下来。直到八国联军侵华战争结束时，英国政府趁中国战败之机旧事重提，要求兑现赔偿。英国首相兼外相索尔兹伯里向当时的中国驻英公使罗丰禄表示：“高升”号轮船案，不论理之曲直，只论款之赔否，向中国强索赔款。最终经过双方的几番争论和交涉，清政府向英国赔偿英金三万三千四百十一镑，按市价合规平银三十一万二千九百二十二两五钱四分，以一零九六折实库平银二十八万五千五百十三两二钱六分六厘四毫。这些款项由两江总督魏光焘从宁、苏藩司应缴中央的款项下照案解还归垫。[1]这已经是1903年5月的事了，此时李鸿章早已不在人世。
“高升”号事件的最终结局再次表明，在弱肉强食的强权时代，国际法绝不是弱国争取正当权利可依靠的有效武器，而是列强玩弄于股掌之中的恃强凌弱的工具，国际秩序是按照强国意愿用大炮和军舰建立起来的，弱小民族的出路在于图强和抗争。