Между тем, японцы, пользуясь преимуществом в ходе, нагоняли русскую эскадру, и в 16.45 бой возобновился со всем ожесточением. Идя параллельным курсом, японцы охватили голову русской эскадры и к пяти часам обрушили всю мощь своего огня на «Цесаревича». Броненосец, ведя яростный ответный огонь, шел, в буквальном смысле слова, засыпаемый снарядами, временами скрываясь из вида в черном дыму разрывов.
Примерно в 17.25 японский снаряд разорвался между верхним и нижним мостиками «Цесаревича». Взрывом этого снаряда адмирал Витгефт был разорван на куски. (Позднее была обнаружена только его нога, опознанная по меткам на белье). Вместе с адмиралом этим же снарядом были убиты флагманский штурман, лейтенант Азарьев и флаг-офицер, мичман Эллис (обоим оторвало головы) и три матроса. Были тяжело ранены начальник штаба эскадры контр-адмирал Матусевич, старший флаг-офицер, лейтенант Кедров и младший флаг-офицер, мичман Кушинников. Взрывом была полностью уничтожена рубка беспроволочного телеграфа. Командир «Цесаревича» капитан 1 ранга Иванов, находившийся впереди боевой рубки, этим взрывом был сбит с ног и на какое-то время потерял сознание. Придя в себя и узнав, что выведено из строя все командование эскадрой, капитан 1 ранга Иванов решил сам вести эскадру, не объявляя о гибели командующего, чтобы не вызвать растерянности на других кораблях. Однако, в этот момент на мостике «Цесаревича» у коечных сеток взорвался еще один 12" японский снаряд, головная часть которого и осколки влетели в боевую рубку, убив и ранив всех находившихся там, в том числе смертельно старшего-штурмана лейтенанта Драгичевича-Никшича. Командир «Цесаревича» упал без сознания, получив осколок в голову и руку. Были ранены и оглушены взрывом лейтенанты Ненюков, Пилкин и Кетлинский, а также все находящиеся в рубке матросы, включая рулевого. Перед самым взрывом руль на «Цесаревиче» был положен на борт и неуправляемый броненосец покатился влево из строя. Первым пришел в себя раненный в висок лейтенант Ненюков. Увидев, что в рубке, кроме убитых и лежащих без сознания, никого нет, лейтенант бросился к рулю, чтобы вернуть броненосец в строй, но руль не действовал. Попытка перевести управление кораблем в центральный пост на нижний штурвал также ни к чему не привела, поскольку после взрыва снаряда в рубке все покинули центральный пост. Броненосец продолжал катиться влево. В этот момент пришел в себя лейтенант Пилкин, а в рубке появился мичман Дараган. Лейтенант Ненюков приказал Дарагану завести румпель-тали. (Этот способ управления на «Цесаревиче» был разработан очень хорошо: тали брались на паровой кормовой шпиль, а приказы передавались через переговорную трубу). Пока этот приказ выполнялся, лейтенант Ненюков был вторично ранен и, чувствуя, что теряет сознание, передал командование кораблем лейтенанту Пилкину. Лейтенант Пилкин, убедившись, что машинный телеграф и телефон не действуют, перевел управление броненосцем в центральный пост. Ему помогали вернувшийся после перевязки старший рулевой Лавров и мичман Дараган, закончивший заводку румпель-талей.
Если бы эскадра продолжала идти прежним курсом, то лейтенанту Пилкину удалось бы поставить «Цесаревича» концевым в строю. Однако, к этому времени эскадра была уже рассеяна, и все корабли действовали самостоятельно. Минут через двадцать в боевой рубке «Цесаревича» появился старший офицер броненосца, капитан 2 ранга Шумов. Когда в боевой рубке взорвался роковой снаряд. Шумов направлялся в жилую палубу, чтобы выяснить причину значительного крена броненосца. По пути, в батарейной палубе, Шумов встретил командира корабля, которого вели под руки двое матросов. Капитан 1 ранга Иванов сказал Шумову: «Идите наверх, там никого нет. Я ранен». Едва капитан 2 ранга Шумов выскочил наверх, как броненосец сильно накренился на правый борт, как будто от новой подводной пробоины. В действительности же, крен был вызван тем, что на циркуляции корабля вода, хлынувшая из разбитой пожарной магистрали, всей своей массой перекатилась на правый борт.