就在俄国海军从金兰湾休整之后，前往海参崴时候，日本联合舰队司令东乡平八郎，根据俄国舰队补给供应情况，也同时断定俄国舰队将通过对马海峡直接前往海参崴。
1905年5月25
，悬挂俄国旗帜的补给舰驶入上海。由此日本海军判定俄国舰队必然就在附近的海域，于是加紧备战。
俄国东来的舰队，因为旅顺港已经落入
军的手中，所以只能驶向海参崴，而到海参崴的航道有二：不是通过对马海峡进入日本海，便是取道宗谷或轻津海峡，由北海道附近使入日本海。东乡平八郎判断罗兹德文斯基一定会取道对马海峡，所以将联合舰队集中在对马岛屿与朝鲜的镇海湾，等待战争的到来，东乡并派出4艘武装商船及2艘旧式巡洋舰在东海上侦察。
于是东乡平八郎下令，全舰队进入战位，等待着俄国舰队的到来。
就在这个时候俄国舰队开始从台湾附近出发，并于1905年五月26
到达上海附近，27清晨进入对马海峡，随后一场至关重要的海战拉开了帷幕。1905年5月27
的清晨，日本武装商船信浓丸发现了俄国舰队中的一艘医护船，虽然罗兹德文斯基下令实施灯火管制，可是这一艘医护船却因灯火辉煌而被舰发现。经过一番仔细的判定后，信浓丸发出了发现俄国舰队在203地点向东北航行的电报，日本联合舰队的第3、4、5、6战队，分别在出羽重远中将、瓜生外吉中将、片冈七郎中将及东乡正路少将的领导下，向俄国舰队方向集中。
停泊在镇海湾中的日本三笠号战列舰上，东乡平八郎下令全军出动。
日本第六战队的和泉号巡洋舰与俄舰接触，并报告位置在宇久岛西北方48公里处向东北航行。
当天海面上起着浓雾，全部漆成灰蓝色的日本军舰不太容易辨认，反倒是俄舰黑色的舰身上鲜黄
涂漆的烟囱成为明显的目标，日本巡洋舰队一直遥远地监视俄舰的动向，毫不放松。可就在日本巡洋舰认为俄国海军目前不会开火的时候，俄奥瑞尔号战舰向跟踪的日本巡洋舰首开战火随后又在罗兹德文斯基的命令下继续开火，于是战争还没有开始的时候，日本海军就已经失去了一艘巡洋舰。
随后东乡下令全舰队出击，1小时后日本舰队开始尾随俄国舰队前进，在中午11时15分双方进行了试探
的
火，其他整个上午日本舰队都像幽灵一样始终伴随着俄国舰队，在日本舰队刚出现的时候俄军也是有些惊慌，不过随后便恢复了正常而罗兹德文斯基在第一时间也让舰队进入的临战状态防止军的偷袭。下午1时30分，
、俄双方接近至10海里战争亦由此拉开。1时55分，东乡平八郎模仿特拉法尔加海战时的纳尔逊，发出“皇国兴废在此一战、各员一层奋励努力”信号，随即为获得有利攻击阵位，东乡平八郎毅然下令敌前大转向，利用侧舷的全部火力
战俄军的舰首火力，但是罗兹德文斯基并没有使得东乡平八郎如愿，而是让舰队向右转向绕过的东乡平八郎的火力点。然而罗兹德文斯基的这一举动并没有让东乡平八郎放弃，于是随后东乡平八郎开始利用自己这一方的速度优势向左转向试图再一次的获得优先地位。
作为对应罗兹德文斯基也在试图获得对自己这一方有利的战斗地位，但是就在双方的最高指挥官下达了一系列的命令之后反而双方都没有如愿的获得优势地位。
一连串的命令反而使得两方的舰队越来越靠近，眼见舰队开始靠近却都没有获得优势地位，于是战斗只能在混战中开始。
在随后的数个小时的海战当中，
俄双方都遭遇了极大的重创。混战开始之后东乡下令各舰依次转向左舷16点，此举令日本军官与俄国舰队都大吃一惊，因为如此一来，转向后的舰只会妨碍未转向军舰的
击，而且那一个转向点，使正在转向的舰成为俄舰的靶子。就在这一瞬间罗兹德文斯基抓住了优势命令各舰纷纷开火，
舰仍依次转向而受到俄舰的攻击，浅间号装甲巡洋舰舰尾中弹3发，舵机转动失灵，随即又被命中数发炮弹，其中一发恰好命中其弹药库，浅间号当场沉没其它舰亦受到不同程度的损伤。转向完成之后，
舰开始集中火力攻击俄国第二战队其旗舰奥斯里雅比亚号顿时被命中，第二舰队立马失去的指挥陷入混乱，所幸罗兹德文斯基及时接过了指挥权吩咐各舰开始反击。此后的一段时间，因为海上薄雾的原因，日本舰队一度失去俄舰的踪影，但时而又重新捕捉到俄舰主力。
在之后的混战当中俄军的第一舰队和第二舰队先后遭到来自
方的重创，数艘战舰被击沉以及部分战舰受创退出战斗，而最悲剧的就当属第二舰队的旗舰奥斯里雅比亚号，被击中了之后还不算原本不是什么大伤，但是舰就好像看准了奥斯里雅比亚号，导致奥斯里雅比亚号不过才过了十五分钟便被击沉。相对于俄军舰队所受到的重创，
舰也没好到哪里去浅间号在战之初便被直接击沉，随后联合舰队的旗舰三笠舰亦是遭到炮击，指示东乡平八郎在一段时间内失去了对舰队的指挥权，而罗兹德文斯基也及时的把握住了时机在这段时间内俄军击沉了联合舰队的六艘巡洋舰，同时也有三艘巡洋舰遭到重创退出战场。随后的混战当中
舰第一二战队又损失了舰队当中的所有驱逐舰，在这种情况之下东乡平八郎不得不将第五、六战队投入战斗，其刚投入战斗“
速”、“音羽”号便受到俄军的重创，不过虽然遭到了重创，但是局势还是被东乡平八郎给挽回了过来。此刻罗兹德文斯基眼见自己这一方已经失去了优势，立马下达了突围了命令，在突围的命令下达之后各舰开始突围，但是依旧被
舰紧紧的咬住俄国巡洋舰“斯维特拉娜”号亦是在突围当中被击沉，直到被击沉。一艘旧式巡洋舰“顿斯科伊”在顽强地抵抗了6艘日本巡洋舰的围攻之后，才给俄军提供了突围的希望。
在突围进行之后，俄军大部分的舰队均被联合舰队追上击沉，但是联合舰队也付出了三艘战列舰被击沉，大部分战舰重创的代价，其中的部分战舰更是在战斗结束后沉没。
经此一战，俄军只有七艘战舰成功突围，但是为了追击突围的俄军联合舰队也付出了极大的代价，可以说这一次的战斗双方都是受到重大的创伤，两国的海军都是精锐尽失，要想恢复过来的话，没个五六年的时间就别谈了。