严复中将亲率4艘战舰和16艘驱逐舰继续向港口接近，不一时，俄国岸炮开火了，水柱纷起，云雾洗洗，曾经在中日战争中功勋卓著的4艘战舰在严复中将的精巧指挥下，曲折运动以避开敌岸炮炮火，同时各舰的参谋官一刻不停地观察岸上敌炮位置，并一一记录于图纸上。
15点50分，“龙威”首先以其前炮塔上的2门305毫米/24倍径炮向5500码外的敌岸炮阵地开火，随后“凤翔”、“镇远”、“定远”依次开火，“镇远”、“定远”因2座双联装甲主炮塔在舰首左右布置，故能发挥全部4门305毫米/24倍径主炮的火力。350公斤的爆破弹在敌阵地上炸出一朵朵绚烂的火球，一团团黑烟拔地而起，卷动着、消散着——这黑烟却是中国战舰上炮手们校射的根据。
俄国岸炮更加卖力地怒吼起来，十余门254毫米以上的重炮此起彼伏地发射，中国战舰蹒跚着穿行于水柱之间，十几艘单薄的驱逐舰不敢接近，都在千码以外远远追随。“鸡藜太亲了，这娘下鸡胃中瘫地，逆洗优栓脱粒吧……”
东乡如此建议道，严复点头表示同意。“没错，我也是这么想的……”然后严复把耳朵凑到翻译嘴边。“他说，距离太近了，这样下去会中弹的，右转脱离吧……”“好了，就是这样，没错，传令兵！”
16点左右，“龙威”舰转到270度（正西）的航向上，将两座双联305毫米主炮转到左舷，在4000到6000码的距离上朝敌岸炮阵地猛烈开火，其余各舰也跟随着完成转向，继续轰击，只是“镇远”和“定远”此时只能发挥一半的主炮火力。炮战中，敌岸炮阵地上忽然发出一阵惊天动地的巨响，带着火花和杂物的烟柱窜上数十公尺高空……事后查明，当时俄军放置在露天准备发射的一堆大口径炮弹被击中爆炸，造成一门254毫米重炮损毁，这门炮的全部炮手无一生还。
20分钟的轰击后，“龙威”舰转到300度（西北偏西）的航向上，带领各舰退出战斗。战斗中，中国战舰无一中弹，官兵无一伤亡，只是“凤翔”号上少数水兵被近失弹激起的巨大浪花浇成了落汤鸡。
严复中将的回忆录写道：“……这次战斗我军毫发无损，官兵士气大增……也许击毁了一个弹药库，打坏了一到两门炮，但更重要的是，我们记下了敌人所有重炮的确切位置……我估计到追击逃脱俄舰的战斗也许会有困难，于是我派出了田雨后少校的驱逐第2战队去支援瓜生少将的巡洋舰部队……”
根据俄国方面的记录，9月9日函馆战斗中，俄军岸炮向中国战舰发射了一百五十六发大口径炮弹，击伤一到二艘中国战舰，己方损失为：1门254毫米大炮和1门152毫米大炮损毁，2门火炮损伤，官兵阵亡27名，伤39名。
再说3艘企图突围的俄国巡洋舰，在鲁德涅夫上校率领下，“瓦良格”、“巴扬”和“俄罗斯”都开足了马力，以22节的编队航速向西疾驶，在它们北面9000码外，14艘联军巡洋舰取45度角压向俄舰航线，企图切断俄舰的航路。
然而联军巡洋舰的编队航速只能达到21节，采取斜行路线的话根本无法追上俄舰，到16时20分，联军巡洋舰编队已经处于与俄舰编队平行的航向上，双方距离扩大到12000码，眼看俄舰越去越远，将要企图得逞。
坐镇战舰“磐手”号的瓜生海军少将下令：“第1战队脱离编队，追击并拦截敌舰！”
接到命令后，四艘最高航速达二十六节的快速巡洋舰“朝日”、“春日”、“日清”、“日进”脱离了瓜生少将的编队，急追俄舰，50分钟后，终于迫近到距俄舰不到4000码的火炮有效射程内，双方几乎同时开火，俄舰不停作曲线运动以规避炮火，造成了航速下降。
17时20分，中国驱逐第2战队的8艘960吨驱逐舰“胧月”、“云月”、“丽月”、“寒月”、“珍月”、“酒月”、“日月”、“暮月”在田雨后少校的率领下以三十节的最高航速赶到战场，一边用120毫米速射炮（每舰3门）向俄舰开火，一边机动逼近，发起鱼雷攻击。
17时30分左右，田雨后少校的旗舰“胧月”号接近已经燃起大火的“俄罗斯”号，接连发射了四条鱼雷，“俄罗斯”号上发出两声巨响后迅速下沉，一下子就消失在所有人视线中。
“瓦良格”和“巴扬”还在顽强抵抗，“瓦良格”号上的炮手先是以一阵准确的齐射打断了日本巡洋舰“朝日”号的桅杆，接着又击毁了“春日”号的舰桥和后炮塔。“巴扬”号向逼近的中国驱逐舰猛烈开火，重创“寒月”，击伤“酒月”和“暮月”，并使得其余中国驱逐舰无法抵进发起鱼雷攻击。
炮弹也不断落在俄舰身上，“瓦良格”号上层甲板的许多水兵被榴弹炸伤，舰长鲁德涅夫上校头部受伤，却还穿着血迹斑斑的制服，光着头，登上指挥台向水兵高喊：“弟兄们，瞄准敌人狠狠打！我们都要活着回去！”
与4艘日本轻巡洋舰及8艘中国驱逐舰的缠斗严重影响了俄舰的速度，瓜生少将的2艘装甲巡洋舰、4艘防护巡洋舰和另外4艘轻巡洋舰