Японская эскадра была обнаружена утром, когда на кораблях Бэйянского флота готовились проводить плановые занятия. Эскадра начала быстро сниматься с якорей. Судя по сообщению Константина фон Ханекена, учитывая сложность недавно принятого сигнального кода, Дин Жучан принял решение минимизировать управление боем со стороны флагмана. В приказе значилось только три пункта:
1) по возможности, сохранять строй фронта и держаться носом к неприятелю;
2) кораблям сражаться в заранее определенных парах, взаимно поддерживая и прикрывая друг друга;
3) по возможности, следовать действиям флагмана.
В центре построения располагались оба броненосца, на флангах находились крейсера. Однако за счет несинхронного исполнения кораблями приказа о построении боевая линия изломалась, что позволило называть ее впоследствии "клином" и т.п.
Изрешеченные осколками надстройки "Чжэньюаня"
Японский бронепалубный крейсер "Мацусима", поврежденный огнем "Чжэньюаня" в бою при Ялу
Бой начался в 12:00 (по некоторым данным, в т.ч. японскому официальному отчету о сражении - в 12:30) с выстрела 305- мм орудий броненосца "Динъюань" по японским крейсерам с дистанции около 5400 м. В ответ японцы дали залп по броненосцам и очень быстро накрыли "Динъюань", разбив марс и убив сигнальщиков. Сигнальные флаги были уничтожены, передача сигналов стала невозможной. При ответном выстреле главным калибром на "Динъюане" обрушился легкий мостик, адмирал Дин Жучан и второй помощник Уильям Тайлер получили ранения. Фактически, из высшего комсостава не пострадали только Лю Бучань и Константин фон Ханекен. Однако Лю Бучань не справился с управлением боем. Существует ряд разных высказываний в его адрес, преимущественно, нелестных - его обвиняли в трусости, непрофессионализме и т.д. Есть даже предположение, что Лю Бучань, презиравший Дин Жучана за отсутствие военно-морского образования, попросту саботировал его приказы, но доказательств этому не имеется. Так или иначе, он не возглавил эскадру, но оставался на своем посту до конца боя и четко выполнял поставленную перед ним задачу - сражаться в паре с систершипом, выдерживая строй фронта и постоянно поворачиваясь носом к кораблям противника. Не проявил флотоводческих дарований и командир "Чжэньюаня" Линь Тайцэн - его роль в бою также свелась к буквальному выполнению приказа Дин Жучана.
Как бы то ни было, броненосцы оказались главной силой цинского флота в сражении. В то время, как крейсера один за другим загорались и выходили из строя, эти два корабля продолжали сражаться, взаимно прикрывая друг друга и не раз выручая крейсера. Второй помощник на броненосце "Чжэньюань" Фило Нортон Мак-Джиффин рассказывал, что когда у комендора осколком снесло голову перед самым выстрелом, артиллерийский офицер аккуратно вынул шнур из руки мертвого матроса и тут же произвел выстрел. Комендоры обоих броненосцев стреляли достаточно метко, добившись, по словам Мак-Джиффина, примерно 20% попаданий.
В ходе боя 305-мм снаряд с "Чжэньюаня" около 15:30 поразил флагманский корабль японского адмирала Ито - бронепалубный крейсер "Мацусима". Взрыв на батарейной палубе унес жизни, по разным оценкам, от 17 до 65 человек, для тушения пожара и борьбы за живучесть корабля пришлось использовать даже флотских музыкантов. Так же четко действовали и комендоры "Динъюаня".
В результате от огня броненосцев сильно пострадали "Мацусима", "Сайкё-мару" и "Хиэй". Попадания в другие корабли имели место быть, но они не были настолько результативными. В целом, через несколько дней после боя стало ясно, что отсутствие в боекомплекте броненосцев достаточного количества разрывных снарядов стало причиной сравнительно небольших потерь японского флота - все избитые снарядами броненосцев корабли благополучно добрались до временной базы флота в Корее, а потом ушли на ремонт в Японию. Виновником этого стал зять Ли Хунчжана Чжан Пэйлунь, "отличившийся" еще в августе 1884 г. при защите Мавэя и назначенный впоследствии руководителем арсенала в Тяньцзине. На запрос Дин Жучана отгрузить 100 разрывных снарядов он ответил, что отпуск снарядов с арсенала осуществляется по нормам и он не видит причин изменять боекомплект броненосцев. В иностранной прессе высказывалось мнение, что Чжан Пэйлунь банально проворовался (такой грешок за ним водился и был замечен неоднократно - лишь родство с всесильным Ли Хунчжаном спасало его до поры до времени) и не мог отпустить снаряды по требованию, почему и придумал отговорку относительно невозможности изменить штатный (?) боекомплект на броненосцах.