偷襲得手後，6日當天下午，日本聯合艦隊以劉公島為主要目標，發動了第四次進攻。
此次進攻，日本陸軍預先在威海北岸架設快炮，與其艦隊配合，夾攻劉公島及中國軍艦。
北洋艦隊陷入四麵受敵的境地，開始最艱苦的抗禦階段。僅有的戰艦不得不分開對敵：“靖遠”“濟遠”“平遠”“廣丙”四艦與黃島炮台配合，向北岸回擊；其餘各艦與劉公島、日島各台配合，以封鎖威海南、北兩口。
日本聯合艦隊的進攻再一次被擊退。
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可是，6日的進攻行動，可能是由於規模、時間的原因，在相當多的史書上被忽略了。
它更象是一次試探性的進攻。這也往往是大規模進攻的前奏。
果然，2月7日，伊東祐亨便下令對劉公島發動了第五次進攻。
這也是聯合艦隊計劃中對北洋艦隊的總攻擊。
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陸軍奏功，但北洋仍然不屈，受到兩方麵刺激的伊東無法再冷靜等待，決心一舉攻下劉公島，以全殲北洋艦隊。
這次，聯合艦隊采取兩翼進攻的戰術：以第二、第三、第四遊擊隊為左軍，炮擊日島，以本隊及第一遊擊隊為右軍，專攻劉公島炮台。
日本陸軍也加入戰鬥，從威海南兩北岸炮台開炮，支援海軍戰鬥。
從上午7時22分，本隊“鬆島”“千代田”“嚴島”“橋立”四艦在前，第一遊擊隊“吉野”“高千穗”“秋津洲”“浪速”四艦繼後，進至距劉公島約四千五百公尺處。
同時，第二遊擊隊“扶桑”“比睿”“金剛”“高雄”四艦，第三遊擊隊“大和”“武藏”“天龍”“海門”“葛城”五艦，以及第四遊擊隊“築紫”“愛宕”“摩耶”“大島”“鳥海”五艦，則進至距日島約四千五百公尺處。
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陸海協同進攻，南北兩翼的戰鬥幾乎同時打響。
7時34分，本隊“千代田”艦發出一聲號炮，本隊以“鬆島”為先導，先用艦首主炮射擊，前進至距劉公島2600米左右時，本隊向右轉彎，用側舷炮射擊。隨後，第一遊擊隊跟進，循環炮擊劉公島。
雖然在被襲中遭受重創，北洋艦隊仍與劉公島、日島炮台相互配合，開戰便打出了密集的反擊炮火。
僅僅5分鍾（至39分），聯合艦隊旗艦“鬆島”即被“擊中前艦橋，打穿煙突，傷航海長高木英次郎少佐等官員三人”。至50分，“橋立”也中彈受傷。8時05分，“嚴島”“三斤速射炮炮盾中炮碎裂”，“損壞上甲板及幾條傳令管，打死水兵二人，傷四人”。第一遊擊隊的“秋津洲”被劉公島炮台擊中，兩名水兵受傷。8時20分，“浪速”“六號煤庫中彈，七號煤庫被擊穿”。
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日本聯合艦隊左軍也同時向日島發動了猛烈的進攻。
日島炮台上，“康濟”艦管帶薩鎮冰帶領三十名水手殊死反擊。
薩鎮冰(1895—1952)，宇鼎銘，福建福州人，蒙古族。畢業於福州船政後學堂，並被選派入英國格林威治海軍學校學習。1880年畢業，先任南洋水師“澄慶”炮艦大副，後調北洋，曆任天津水師學堂教習、“威遠”艦管帶。1887年，改任“康濟”練船管帶，副將銜，實授遊擊。在薩鎮冰傳奇般的一生中，還擔任過清朝北洋海軍副統領（副司令）、海軍統製（總司令），因同情國民革命而拒絕鎮壓起義，後當上了民國海軍總長，是民國的海軍元老。
這位北洋海軍老將，後來更親曆並投身抗戰，終於得見日本人投降。至1951年，中國人民誌願軍在抗美援朝戰爭第三次戰役後打進了漢城，捷報傳來，薩鎮冰回想起57年前的甲午悲歌，當即作詩一首：
五十七載猶如夢，舉國淪亡緣漢城，龍遊淺水勿自棄，終有揚眉吐氣天。
薩老是幸運的，有生之年，終於看到國運滄桑從殘破的地方得以圓滿。
連日來，薩鎮冰指揮水手在日島炮台英勇戰鬥，使這個孤立的小島成了南口的重要支撐。
在這天的戰鬥中，日島正麵，是聯合艦隊三支遊擊艦隊、十四艦軍艦的輪番轟擊，還有威海南幫海岸炮台加所前嶺四座炮台的猛轟。
這種懸殊的武器對比，還有對於一個東西長約120米，南北寬約80米，麵積僅為一個足球場大小的島礁來說，承受的火力密集度，估計在整個戰爭史上均無出其右。
這種恐怖的炮火，我不知用什麼詞語才能形容。
日軍這種誌在必得的超常兵力使用，絕對稱得上是瘋狂。
但日島炮台在北洋軍艦和劉公島炮台的支援下，依靠地阱炮，並力回擊。負責觀察、測距的士兵，雖然暴露於炮台之外，卻始終冷靜堅毅，全隊堅守炮位，不露一點屈服，讓戰地采訪的英國記者肯寧鹹極為敬佩。
最後，以火力支援的劉公島東泓炮台一炮擊中“扶桑”艦首左舷，“刹那間一聲巨響，艦身猛震，甲板被打爛一尺多的洞，三分厚的鐵梁和梯子皆被擊斷，彈片紛飛，擊毀左舷內側，擊到指揮塔的鐵壁又彈回甲板，死傷達七人之多”。[ 《甲午戰爭史》]
接著，“築紫”艦也被命中，死傷八人。
日艦竟然一時停止了進攻，退向陰山口。
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頂著敵人水陸兩路的夾攻，日島炮台雖然打退了日艦三個遊擊隊的進攻，但就在這小小的地幅上，更顯得尤為密集的炮火下，炮台本身損失嚴重，終於失去了戰鬥力。