На дистанции в 10 000 ярдов, в шести милях от русского флота японцы начали наводить орудия, а с 9000 ярдов адмирал Того приказал открыть огонь. Каждый корабль выходил на линию атаки, где начинал стрелять в русские военные корабли, стоящие на внешнем рейде. Те русские корабли, которые стояли под парами и были готовы поднять якорь, не вышли из-под защиты береговых батарей и не сделали попытки напасть на врага. Вместо этого они открыли ответный огонь с тех позиций, на которых находились. Их четырех- и пятидюймовые орудия не могли сравниться с шестидюймовыми орудиями японских линкоров и крейсеров. Намного эффективнее оказался огонь береговых батарей.
Исключение составил лишь один русский корабль: крейсер «Новик» сблизился с противником на 3000 ярдов и бросился на него, как сторожевой пес бросается на стаю волков. Он выпустил единственную торпеду, которая прошла вблизи одного из японских броненосцев, но не разорвалась. После этого «Новик» развернулся и под сильным огнем вражеского флота лег на обратный курс.
Адмирал Того вел японские корабли прямым курсом ко входу в гавань, и на дистанции от 9000 до 7000 ярдов они постоянно стреляли, пока флот не достиг мыса Лаотешань, где выстрелы стали попадать в цель. Затем они прекратили атаку, потому что не могли подойти ближе под огнем орудий фортов; на этом внешнем краю их огонь не был особенно эффективным. Бой начался сразу после полуночи, закончился через сорок минут, и японский флот на всех парах ушел на юг.
Как только огонь прекратился, адмирал Старк в Порт-Артуре начал оценивать потери. Броненосцы «Новик», «Аскольд», «Диана» и «Баян» были атакованы и получили повреждения, особенно серьезно был поврежден «Новик». Но важнее был психологический эффект этого поражения. Русские морские силы на Дальнем Востоке были разбиты, три больших корабля сели на мель и были серьезно повреждены, еще четыре получили менее серьезные повреждения.
Японцы не потеряли ни одного корабля, хотя несколько военных кораблей были повреждены попаданием снарядов.
Людские потери были незначительны: в двух атаках было убито 150 русских и 90 японских матросов.
Когда мир узнал о поражении сильного русского флота от японцев, все пришли в изумление. Японцы были очень осторожны и до настоящего времени не привлекали внимание к росту своей морской силы. Внезапно Япония оказалась одной из наиболее сильных морских держав в мире. С того момента японский военно-морской флот стал проводить наступательные операции, а русские вынуждены были защищаться. Флот, собравшийся в Порт-Саиде, дошел только до Красного моря. Российское высшее командование поняло, что, если флот придет на Дальний Восток, его можно потерять, и это отразится на европейской мощи российского флота.
Это явилось первым ударом. Когда новость об этом бое стала известна в мире, пришла новость о высадке японских войск в Корее. Высадка была так же успешна, как морское сражение в маньчжурских водах.
Через пять часов после того, как адмирал Того вывел главные силы японского флота из Сасебо, 6 февраля, контр-адмирал Уриу вышел с небольшими силами для сопровождения высадки войск в корейский порт Чемульпо, около столицы Сеул. Пять крейсеров и восемь торпедных катеров сопровождали три транспорта в корейские прибрежные воды, и утром 8 февраля к ним присоединился легкий крейсер «Чиоде», который в одиночку вошел раньше в гавань Чемульпо для разведки и возвращался, чтобы доложить атакующим об обстановке. Японский план был полностью выполнен. Несмотря на переговоры, проводившиеся в последние дни января, в Токио была запущена военная машина для проведения устрашающей атаки.
Капитан «Чиоде» рапортовал, что русский крейсер «Варяг» и канонерская лодка «Кореец» стояли в гавани на якоре вместе с британскими, французскими, итальянскими и американскими военными кораблями. Поскольку остальные корабли принадлежали нейтральным странам, а у русских были слабые по сравнению с японскими силы, адмирал Уриу решил высадить войска в этот же день. Три крейсера и торпедные лодки должны были сопровождать транспорты в гавань, а три крейсера должны стоять на внешнем рейде для защиты нападающих от сюрпризов с моря.
Когда японцы начали движение ко входу в гавань, они увидели «Кореец», выходящий из гавани. Он вез депешу от русского министра в Сеуле к наместнику по русским делам на Дальнем Востоке адмиралу Алексееву. Но когда маленький русский корабль вышел из гавани, стало ясно, что японцы не позволят ему уйти. Японские корабли решили изолировать канонерку. Капитан русского корабля отдал команде приказ задействовать боевые расчеты. Было сделано два выстрела — самые первые выстрелы в этой войне. Тут капитан «Корейца» понял, что нет смысла биться с превосходящими силами противника, и повернул назад в гавань. Позже он скажет, что до его выстрелов японцы выпустили три торпеды в его лодку, но не попали.