В 15.20 японские истребители предприняли первую атаку на горящий "Суворов", но были отогнаны огнем эскадры. В 15.30 получил повреждения броненосец "Сисой Великий" и покинул строй эскадры для их исправления. Вода через пробоины залила на нем носовые отсеки.
В 15.30 из строя вышел горящий "Александр III", но вскоре исправил повреждения и вернулся в строй. Русскую эскадру повел броненосец "Бородино". Огнем русских кораблей был поврежден броненосец "Сикисима". Но еще больше японские корабли пострадали от преждевременных разрывов собственных снарядов. Они произошли на "Сикисиме", "Микасе", крейсере "Ниссин". Продолжая прорыв, русская эскадра пыталась повернуть на север. Но поскольку японцы занимали выгодную позицию, охватывая голову эскадры, то наши корабли были вынуждены уклониться в южном направлении, чтобы выйти из-под обстрела.
В 16.10 сгустился туман и бой главных сил прекратился. Продолжался бой крейсеров. От обстрелов сильно пострадали плавмастерская "Камчатка", транспорты "Корея" и "Иртышь". Эскадра продолжила свой прорыв во Владивосток. В 16.45 японские истребители вновь атаковали "Суворова", но и на этот раз их атака была отбита. Броненосец еще отстреливался из нескольких уцелевших орудий. В 17.05 "Александр III" вновь вышел из строя, но в 17.40 вернулся в строй эскадры. В 17.20 был оставлен командой получивший тяжелые повреждения вспомогательный крейсер "Урал". В 17.30 миноносец "Буйный" подошел к борту горящего "Суворова", оставшегося в хвосте русской эскадры, и снял с него раненого Рожественского, офицеров штаба и нескольких матросов. Всего им было спасено с броненосца 23 человека. В 17.35 "Буйный" поднял сигнал: "Адмирал передает командование Небогатову". Тот находился на броненосце "Николай I" и получил это сообщение в 18.05 от миноносца "Безупречный".
В 18.00 ушедшие было японцы, стали нагонять русскую эскадру и в 18.20 открыли огонь, сосредоточив его на "Бородино". Вскоре на нем начался пожар в корме, корабль лишился грот-мачты, часть его орудий была уничтожена. Русские корабли также вели огонь по противнику. Однако японский огонь оказался более эффективным. В 18.30 с креном на правый борт из строя эскадры вышел "Александр III" и в 18.50 перевернулся и затонул. Из его экипажа не спаслось ни одного человека. Сильно был поврежден и головной броненосец "Бородино". Он имел крен на правый борт, пожары не прекращались, но корабль вел эскадру во Владивосток. Солнце уже зашло, и Того приказал своим основным силам прекратить огонь и отвернул вправо. Выполняя поворот броненосец "Фудзи" в 19.12 сделал последний залп из носовой башни главного калибра. Снаряды попали в правый борт "Бородино" в районе первой 152-мм башни и вызвали взрыв ее боезапаса. Русский броненосец перевернулся и моментально затонул. Из 866 человек экипажа спасся один человек — матрос Семен Ющин.
Теперь строй русской эскадры возглавил броненосец "Орел", который уже был поврежден в ходе дневного боя. В 19.20 он повернул эскадру на север. Со всех сторон русскую эскадру окружали японские истребители и миноносцы. Первой их жертвой стала плавмастерская "Камчатка". Она пыталась прикрывать огнем поврежденный "Суворов", но в 19.20 японские миноносцы ее потопили. Одновременно миноносцами № 72, 73, 74 и 75 был атакован "Суворов". В него попали несколько торпед, и горящий броненосец затонул. В 19.30 торпедное попадание в носовую часть получил крейсер "Адмирал Нахимов". Его скорость уменьшилась, и он отстал от эскадры.
В ходе дневного боя японцам удалось уничтожить четыре русских броненосца — "Суворов", "Бородино", "Александр III", "Ослябя" и сильно повредить остальные русские корабли. 2-я Тихоокеанская лишилась своих главных сил и была дезорганизована. Но ей предстояло еще выдержать многочисленные ночные торпедные атаки 43 японских истребителей и миноносцев. Такого успеха японцам удалось добиться ценой небольших потерь. В дневном бою не было потоплено ни одного японского корабля, хотя значительные повреждения получили все японские броненосцы. Потери на них — 35 убитых и 172 раненых. Из крейсеров наиболее пострадали "Ниссин", "Кассуга", "Кассаги", "Идзумо", "Адзума", "Асама", "Ивате". На крейсерах погибло 47 и ранено 285 человек. Общие потери японцев составили 82 убитых и 457 раненых. Все поврежденные японские корабли остались на своих позициях, а после окончания сражения благополучно вернулись в свои базы.