7时20分，日舰接近“济远”和“广乙”，坪井下达战斗命令。面对实力远远超过自己的日军舰队，清军将士也各就炮位，准备还击。

《济远航海日志》记载到:“(7时)45分，倭三舰同放真弹子，轰击我船，我船那刻还炮。”【附:日清兵舰谁先开炮，是明确甲午战争中日清开战的战术主动方的一个关键点。日本海军司令部《明治二十七八年海战史》的记载:“七时五十二分，彼我根距约三千米之距离，“济远”首先向我开炮。旗舰“吉野”立即应战，以左舷炮向“济远”轰击。”国外史书偏向于引用日方7时52分开战之说。清军使用英国轮船的举动以及丰岛海战的日清舰船力量对比，清军先开炮之说令人费解。

8时20分、“济远”发射一枚15厘米炮弹，击中“吉野”右舷，击毁舢板后击穿钢板转人机器间，损坏发电机，却未爆炸。事后日军拆开炮弹，发现里面没装炸药。“浪速”左舷尾也被“济远”击中，海图室被炸毁。

清军“广乙”舰系福建马尾船厂自己研制,船小火力弱，本属南洋水师，因到北方参加巡间,遇到战争爆发暂时编入北洋舰队,在“浪速”和“秋津洲”的合击下受伤严重,战斗40多分钟后,死伤已达七八十人。8时半，广乙"受重伤,不能继续支撑,转舵向东逃避,“浪速”在一片欢呼声中追击，被“广乙”回击一炮,弹穿“浪速”左舷钢甲板,将“铺机击碎。坪井航三见“广乙”舰体已毁，命停止追击，集中三舰合击“济远”。“广乙”在逃脱战场之后，在朝鲜西海岸十八岛附近搁浅，自凿锅炉，用船上的火药焚毁该船。该船官兵转乘英国兵舰“亚细亚”号回国。

“广乙”驶离时,“济远”已有57人死伤，其中，大副沈寿昌因望台中炮而脑浆迸裂;前炮台中炮使二副柯建章胸膛洞穿，学员兵黄承勋断臂。因一直躲避在厚甲板处而幸免于难的方伯谦，见已无力反击日军三舰合攻，便下令突围，全速向本土撤避。日舰在后猛追，“济远”见敌舰渐近，一边挂白旗，一边继续回逃。

“浪速”追至约3000米处时，以舰首炮猛击。“济远”在白旗之下又加挂日本海军旗,“浪速”挂出信号:“立即停轮，否则炮击!”两舰相距约2700米时,“济远”号发出停轮信号。

上午9时,“浪速”正要驶近“济远”，突见远处有两艘船驶来，其中一艘悬挂着英国旗。根据早先获得的情报，日方断定必是清军雇用的第三艘英籍运兵船“高升”号,便转舵过去令其停船。“济远”一边急令清方二船回撤，一边乘机全速逃跑,“吉野”赶紧追击。12时30分,“吉野”追近至2000米时，以右舷炮猛击。

“济远”舰水手王国成大怒,不顾管带已经悬挂了投降旗语，愤然还击。他高喊一声:“谁来助我运子(装炮弹)?”李仕茂等应声而上，于是连发4枚15厘米尾炮。第一炮命中舵楼，第二炮命中船头，第三炮未中，第四炮命中船身要害处,“吉野”受伤，舰头低俯，不敢再追。转头撤离。“济远”舰带伤驶回威海卫。

“济远”成功逃回旅顺之后，方伯谦胡乱编造战功,声称击沉日军旗舰,击毙日军海军司令，丁汝昌赶紧将此大捷上报。后来清朝驻日公使汪风藻来电报称，日本没有军舰被击沉的说法，海军司令也没伤亡。李鸿章因此责备丁汝昌道:“一炮如此得力，果各船大炮齐发，日虽有快船快炮，其何能敌?……如无确实证据，岂能滥赏?”

与“高升”同时出现的另一艘船是“操江”号，是艘舰龄已20年的旧式木船，速只有8节,船上5门旧炮火力很弱，是北洋海军的运输船。船上官兵，管带王永发以下共82人，从威海出发，装运文件、武器和饷银前往牙山，驶近丰岛时才与“高升”

不期而遇，刚结伴而行。【当时局势已如此紧张，而北洋海军仍派一运输船单独出海。

“吉野”追击“济远”的时候,“浪速”去拦截“高升”，“秋津洲”拦截“操江"。“操江”管带王永发见前面“高升”被拦住，赶紧转舵回撤。几个小时之后,"秋津洲”追上，发炮示警，命令停船。王永发慌乱间六神无主，甚至想自尽,被船上的丹麦电信技师穆伦斯德(Muhlenbsteth)劝阻。“操江”于是挂起白旗，并加挂日本国旗示意投降。该船在烧毁重要文件之后，还打算将20万两饷银沉海，却没来得及。【用:另有资料称，日军将到时,“操江”上的一个清军队长坚持要开炮，被王永发下令摇绑投海。]后来，该船被押解到日本佐世保港，船上20万两饷银、20门大炮、步枪3000支和大批弹药，全部被日方所得，船上官兵受尽凌辱之后，在战后才遭返回国。

“浪速”号远远命令“高升”号停船，英国船长高惠悌(Galsworthy)立即停装。10时左右,“浪速”派代表乘小艇登船检查商船执照。船长出示执照并提请日本人注意是英国商船，但日本代表不予理会，反问船长:“‘高升’要跟‘浪速’走，同意吗?”高惠悌答道:“如果命令跟着走，我没有别的办法，只有抗议下服从。”

日方代表回船后,“浪速”挂出信号旗要求“高升”号随它走，高惠悌正要奉行，船上清军将士攘臂而起，全船骚动。清兵帮带高继善宣布:“我辈同舟共命，不可为日兵辱!”他拔刀冲向高惠悌大喝:“敢有降日本者，当污我刀!”大家齐声响应，高呼若敢投降，则杀尽船上洋人。

高继善通过北洋水师总教习德国人汉纳根()的翻译告诉高惠悌:“宁愿死，决不服从日本人的命令!”

高惠悌:“抵抗是无用的，一颗炮弹就能在短时间内使船沉没。”高继善:“我们宁死不当俘虏!”高惠悌:“请再考虑，投降实为上策。”

高继善:“除非日本人同意我们退回大沽口，否则拼死一战,决不投降!”高惠悌:“倘使你们决计要打，外国船员必须离船。”

清兵不同意，把他看管起来，并看守了船上所有的吊艇，不准任何人离船。高惠悌要求发信号请“浪速”再派人来，告诉其船上发生的情况。于是日本又派小艇过来，却不敢再上船。汉纳根到船舷对日军代表说:“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。”

高惠悌对日本人说:“请带信给舰长，说清兵拒绝‘高升’船当俘虏，坚持退回大沽口。”他还指出,“高升”是一艘英国商船，而且离开中国海港时尚未宣战，即使现在已经宣战，这个要求也是合理的。