1894年9月16日午后，当北洋舰队护送刘盛休部铭军抵达大东沟登陆时，远方的平壤实际已经落入日军手中。根据北洋舰队出发时间驻华间谍的报告，并综合进攻平壤过程中缴获的一份清军重要文件，日军得知中国陆军将在大东沟一带有大规模登陆行动。由于误认为中国仅有少数军舰护航，日本联合舰队只集结了12艘舰船，便急驶大东沟。

9月17日中午12时50分，日本军舰在大东沟外海和正在警戒登陆场的北洋舰队主力遭遇，爆发激战，史称“黄海大东沟海战”。历时5个小时的罕见鏖战中，日本联合舰队凭借火力和舰船机动性能优势，占取了绝对的上风，北洋舰队广大将士虽然浴血奋战，毫无屈色，但终究无法抵消武器装备性能上的巨大差距，最终己方付出战沉4艘军舰的惨重代价，而只获得重创敌舰4艘的战果。