Вскоре после возвращения «Корейца» в Чемульпо туда прибыли японские транспорты («Дайрен Мару», «Хейдзе Мару» и «Отару Мару»), с которых под охраной эскадренных миноносцев на корейский берег стали беспрепятственно свозиться войска 12-й пехотной дивизии, прибывшие из порта Сасебо.
Крейсерский отряд контр-адмирала Уриу держался недалеко от входа в порт, блокируя выход из него. На следующий день утром он в ультимативном порядке потребовал от командиров русских кораблей до полудня покинуть Чемульпо, угрожая в противном случае атаковать их прямо на рейде, где стояли и другие иностранные стационары. О хотя бы приблизительном равенстве сил говорить не приходилось. Один крейсер «Асама» по мощи артиллерийского огня превосходил «Варяг» и «Кореец», вместе взятых.
В связи с угрозой захвата кораблей капитан 1-го ранга Руднев, обсудив с офицерами ситуацию, принял решение прорываться с боем в Порт-Артур. Предвидя неизбежность неравной и кровопролитной схватки с превосходящими силами японцев, бесстрашный командир «Варяга» обратился к экипажу со словами:
«Мы идем на прорыв и вступим в бой с вражеской эскадрой, как бы она сильна ни была. Мы не сдадим кораблей и будем сражаться до последней возможности и до последней капли крови».
Русские моряки как на «Варяге», так и на «Корейце» с большим энтузиазмом встретили приказ идти в бой. Оба корабля изготовились к бою и в 11 часов 30 минут снялись с якоря и по узкому фарватеру покинули порт, выйдя в открытое море. На иностранных кораблях-стационарах играли гимн России. Там видели и знали, что русские моряки мужественно идут в неравный и беспощадный бой.
Крейсер шел впереди в полной готовности к бою, канонерская лодка шла в его кильватере. В это время японская эскадра, также готовая к бою, уже поджидала их на выходе с внутреннего рейда Чемульпо. «Варяг» относился к классу быстроходных кораблей, и в иной ситуации он мог бы смело пойти на прорыв вражеского строя и посостязаться в скорости хода с кораблями противника, но «Кореец», канонерская лодка, обладал гораздо меньшей скоростью хода.
В 11.45 Уриу, обнаружив русские корабли, приказал подать сигнал с предложением спустить Андреевские флаги и сдаться. Не получив ответа, флагманский крейсер «Асама» первым открыл артиллерийский огонь по шедшему головным «Варягу». Когда дистанция уменьшилась, русский крейсер открыл из своих орудий ответный огонь.
Напряженный морской бой при Чемульпо продолжался 45 минут. Русские матросы и офицеры проявили в нем высокие образцы мужества и героизма. Крейсер «Варяг», ведя огонь на два борта, нанес серьезные повреждения двум японским крейсерам — флагманскому и «Чиоде» и потопил миноносец неприятеля. Артиллеристы русского крейсера в морском бою выпустили по врагу 1105 снарядов, получив в ответ во много раз больше выстрелов.
В ходе боя «Варяг» получил большие повреждения от сосредоточенного огня шести японских крейсеров. На нем была выведена из строя почти вся артиллерия (из строя вышли все восемь 47-миллиметровых палубных орудий), рулевое устройство, с трудом был потушен возникший пожар, через подводную пробоину в трюм стала поступать вода, и корабль начал заметно крениться на левый борт. Был убит 31 человек (экипаж состоял из 557 человек), и более 190 моряков получили ранения. Более сотни из них остались на своих боевых постах до окончания боя. Из-за отсутствия броневых щитов больше всего пострадала орудийная прислуга. Командир корабля был ранен осколком в голову. Когда огонь с «Варяга» заметно ослабел, капитан Руднев приказал повернуть назад, на рейд Чемульпо.
В чемульпском морском бою экипаж крейсера «Варяг» не посрамил чести Российского флота. Командир корабля, ставшего легендарным, в рапорте о бое доносил:
«…С полным убеждением можно сказать, что „Варяг“ благодаря удивительной стойкости, беззаветной храбрости и безупречному выполнению воинского долга офицеров и команды с достоинством поддержал честь русского флага…»
Русские корабли оказались в безвыходном положении. Тогда принимается решение потопить сильно поврежденный крейсер в бухте, чтобы он не достался врагу. От его взрыва отказались, поскольку могли пострадать стоявшие поблизости иностранные корабли-стационары. На «Варяге» были открыты кингстоны, и в 18 часов 10 минут не побежденный в морском бою русский крейсер погрузился в воду. Канонерская лодка «Кореец» была взорвана экипажем, а пароход «Сунгари» — сожжен и потоплен.
Русские моряки перешли на крейсеры-стационары нейтральных стран и впоследствии возвратились на родину, в Одессу. В столице героические экипажи «Варяга» и «Корейца» ожидали торжественный прием и встреча с императором Николаем II. Прием состоялся в Зимнем дворце. Об их подвиге много писали газеты и журналы не только России. Песня «Наш гордый „Варяг“ сразу же стала одной из самых любимых на российских просторах.
Несмотря на внезапность нападения японского Соединенного флота на порт-артурскую эскадру и ее значительное ослабление, русская Тихоокеанская эскадра сохранила свою боеспособность и могла продолжать борьбу за господство на акватории Желтого моря. Однако командующий эскадрой вице-адмирал О.В. Старк сразу же отказался от активных действий на море.
Таким образом, для начавшей войну Японии сложилась самая благоприятная обстановка. Русский флот, представлявший серьезную угрозу, находился в бездействии. В корейских портах Цинампо и Чемульпо началась беспрепятственная со стороны противника высадка первых эшелонов 1-й японской армии генерала Тамесады Куроки. Транспортный поток из портов Японских островов шел непрерывно.
14 февраля японская кавалерия занимает корейскую столицу, город Сеул, близ которого впервые сталкивается с русскими казачьими разъездами. Казачья сотня, встретившись на дороге с кавалерийским эскадроном японцев, обратила его в бегство и преследовала до самых городских ворот Сеула.
9 февраля в войсках Дальнего Востока и Сибири началась мобилизация. Крепости Порт-Артур и Владивосток были объявлены на военном положении. Назначенный главнокомандующим всеми вооруженными силами России в войне против Японии адмирал Алексеев обратился к генералу от инфантерии Куропаткину (теперь бывший уже военный министр получил назначение командующим Маньчжурской армией) за советом, что ему предпринять. Куропаткин ответил:
«Главное — надо отстоять Порт-Артур и не дать разбить себя по частям в Южной Маньчжурии. Под напором превосходных сил надо отходить даже за Мукден, не допуская расстройства войск, принявших на себя первый удар. Придет и наш черед идти вперед».
На ближних подступах к Порт-Артуру началась постановка оборонительных минных заграждений. Это обернулось для русской эскадры двумя трагедиями. Минный транспорт «Енисей», ставивший мины, при уничтожении одной из них, которая неожиданно всплыла наверх, был снесен течением на собственное минное поле, подорвался и с большей частью команды затонул. Подошедший для спасения экипажа затонувшего корабля крейсер «Боярин», командир которого не знал расположения поставленных «Енисеем» минных заграждений, после двойного подрыва тоже затонул. После подрыва на первой мине крейсер, оставленный командой, держался на плаву более суток.
Японцы предприняли попытку блокировать русскую эскадру во внутренней гавани Порт-Артура с помощью пароходов-брандеров (их трюмы были заполнены камнями), которые намечалось затопить на входе в нее. В случае удачи подобного перекрытия фарватера глубокосидящие русские броненосцы и крейсера оказались бы в надежной ловушке. Убрать затопленные на входе тяжелые пароходы-брандеры было бы делом трудноразрешимым.
Однако ночная диверсия японцам не удалась. Со стоявшего, приткнувшись к берегу, поврежденного броненосца «Ретвизан» противник (миноносцы охранения) был вовремя замечен, и по нему был открыт огонь из корабельных орудий. Один из пароходов-брандеров был потоплен, второй, сильно поврежденный, выбросило на прибрежные камни. В последующем японцы предприняли еще две подобные попытки, но каждый раз натыкались на бдительность русской дозорной службы и огонь корабельной артиллерии и береговых батарей.