Японский флот двигался вдоль рейда Порт-Артура с О на W на дистанции от 46 кб до 22 кб и в течение 35 мин (с 12.02 до 12.37) вел огонь по русским береговым батареям, кораблям, выпустив 288 снарядов калибром от 8" до 12" (из них около 30 по берегу), 935 снарядов калибром 152-мм и 120-мм, а также 467 мелких снарядов (калибром от 76 мм и меньше). Всего японские корабли добились до 31 прямого попадания в русские корабли (из них 11 — снарядами от 8 до 12"). Средний процент попаданий — 1,87 %. Японские броненосцы и броненосные крейсеры сразу после пристрелки могли переходить на поражение, имея противника на плавно уменьшающейся дистанции и мало изменяющемся курсовом угле. После начала движения русской эскадры контркурсом количество попаданий сократилось.
Русская эскадра, уверенно отразив все ночные минные атаки, к дневному бою не готовилась. Ряд судов не имел паров для дачи хода, но русские корабли на стрельбу японского флота немедленно ответили одиночным огнем. До 12.20 русские корабли вели огонь значительно меньшим числом орудий, так как противник двигался с носовых курсовых углов. Ряд броненосцев вел огонь с места, иногда временно его прекращал из-за взаимного створения и закрытия цели силуэтом своего корабля, что сильно затрудняло пристрелку. Старший артиллерийский офицер броненосца «Пересвет» лейтенант В. Н. Черкасов (в бою 27.01. был старшим артиллерийским офицером броненосца «Севастополь») писал: «Снявшись с якоря, мы вступили в кильватер «Петропавловску» и затем, следуя его движению, пошли на N контргалсом с неприятелем, причем крейсера, опоздавшие съемкой, заслоняли нам обстрел. Сигнал: «Крейсерам не мешать». «Диана» тотчас поджав хвост спряталась за броненосцы. «Ангара» не могла справиться с якорем, все время мешала нам».
К 12.20 русская эскадра выстроилась и начала двигаться контркурсом, сблизившись со 2-м боевым отрядом до 24 кб. К этому времени японский 1-й боевой отряд начал отход от Порт-Артура. 2-й боевой отряд был под русским огнем еще шесть минут и также отвернул вслед 1-му отряду. Еще двенадцать минут (с 12.25 до 12.37) под русским обстрелом были японские бронепалубные крейсеры 3-го боевого отряда, которые по сигналу вице-адмирала X. Того отвернули вслед за основными силами.
Командование русским флотом Тихого океана в лице Наместника на Дальнем Востоке адмирала Е. И. Алексеева (руководил боем, находясь на Золотой горе в Порт-Артуре!) и начальника эскадры флота Тихого океана вице-адмирала О. В. Старка (флаг на броненосце «Петропавловск») не стремилось к активным действиям. Японскую эскадру не преследовали, и русские корабли, едва обозначив движение, вернулись на внешний рейд Порт-Артура. Это решение принял Наместник, который приказал вице-адмиралу О. В. Старку не вступать в серьезный бой и не выходить из обстрела крепостного огня.
В бою русские корабли израсходовали значительно меньшее количество снарядов, чем японские, и добились меньшего количества попаданий. Всего русская эскадра выпустила 58 снарядов калибра 8–12" — это пятая часть от японского расхода. 337 снарядов калибром 152-мм — 36 % от японского расхода и 435 малокалиберных (от 75 мм и ниже) — почти одинаковое количество с японским числом выстрелов.
Всего русская эскадра добилась семи попаданий (из них пять калибра 10–12") в японские корабли, повреждения были нанесены и двумя близкими падениями. Учитывая небольшое фактическое участие в бою береговых батарей, можно с небольшой натяжкой подсчитать средний (выпущено 830 снарядов всех калибров до 75 мм) процент попаданий с кораблей (считая близкие падения) — 1,08 %.
Несмотря на попадания в русские корабли, серьезные повреждения получил только крейсер II ранга «Новик». Основные силы эскадры — броненосцы — тяжелых повреждений не имели и были вполне боеспособны. Крейсеры понесли несколько большие повреждения, но они были быстро устранены. Например, на самом тяжело поврежденном крейсере II ранга «Новик» исправление повреждений заняло десять дней (ремонт был в доке, так как попадание 8" снарядом пришлось чуть выше ватерлинии).
Японские корабли также не понесли серьезных повреждений, но даже небольшое количество попаданий частично повлияло на боеспособность. С учетом удаленности японских кораблей от своих баз представляется, что русской эскадре стоило продолжить бой.
Потери в людях распределились таким образом:
1) на русских кораблях выбыли из строя 80 человек — погибли 14, ранены 66 человек (из них 35 ранены на крейсере I ранга «Баян»).
2) на японских кораблях выбыли из строя 87–90 человек, погибли 4 человека, 39 тяжело и 47 легко раненых (по другим данным убиты 10 человек, ранены 77, здесь, видимо, учтены убитыми умершие после боя раненые).