到25日淩晨，飛鯨船上的兵馬才有過半登岸。
延至早晨4點，飛鯨所載兵、馬、糧米、軍餉、炮械、子藥等已大部分上岸，方伯謙不敢再耽擱，便率濟遠、廣乙起碇返航。
不過，回航的時間已經太晚，日本第一遊擊艦隊的4條快船已經逼近了牙山灣口。
上午8點，日本第一遊擊艦隊和濟遠、廣乙二艦迎麵相遇。坪井航三在旗艦“浪速”號上下達了開戰的命令。浪速、秋津洲、吉野、高砂四艦以一字縱隊封鎖了濟遠西去的航道，並率先發炮，戰鬥爆發。
就水兵和炮手的素質論，日軍比起北洋還有不小的差距。而且“濟遠”號上的官兵和軍艦已經磨合近10年，各方麵都十分熟練。
8點半，廣乙獨自東駛遠離濟遠。此時，濟遠已犧牲三十人，受傷二十七人，勢難抵禦，便趁機以全速向西北駛避，艦長方伯謙命令降下龍旗，升起白旗和日本國旗。
這時候，從“浪速”號望去，西方海上出現兩縷汽煙，但一時辨認不出為何國艦船。坪井航三下令各艦采取“自由運動”。於是，吉野、高砂二艦轉舵追擊廣乙，浪速和秋津洲則尾擊濟遠。
9點，清軍運輸艦高升從浪速右舷通過，向東駛去。於是，浪速一麵命令高升停駛，一麵追擊乘機以全速駛逃之濟遠。
9點半，在兩千米的距離上，濟遠炮手王國成以150毫米尾炮攻擊浪速，發四彈，命中三發。其中一發開花彈打中“浪速”號水線，海水從右舷灌入煤倉，艦體微傾。
從德國購回的一批開花彈早在半月前便已經發放了一部分到達各艦，其中各艦150毫米炮每門發開花彈5發。
浪速受傷後，速度大減，坪井航三心中驚駭，遂下令轉舵回避，並打出信號旗召回吉野和高砂二艦。
吉野號在河源要一的指揮下先是追擊廣乙，廣乙避戰，向淺水區行駛逃逸，結果擱淺在十八島北側的淺灘上。艦長林國祥下令焚船。
見到浪速的信號指令後，吉野兩艦舍下廣乙全速向西駛去。
此時，還有一艘清軍運輸船“操江”號跟在“高升”號後方，兩船相距約八千米。“操江”號上當時已經可以聽見隆隆炮聲，不過遇到懸掛日本旗的濟遠非但沒有向其開炮，還下半旗致敬，遂以為戰事未開。他們把濟遠當成一艘日本軍艦了。
及至“高升”號被勒令停輪後，“操江”號才終於明白了過來，趕緊轉舵西逃，不過其航速不過八九節和怎麼可能逃得過日本巡洋艦的追擊。
到上午11點，“操江”號投降後被秋津洲帶往聯合艦隊本隊駐地群山灣，吉野和高砂則聯手追擊向西北逃竄的濟遠。
浪速則和“高升”號對峙，由於後者懸掛英國國旗，因此事情頗難處理。
到中午12點時，“高升”號雖然停輪但是船長大副等英國海員均被清軍控製，所以不準日軍登船。
就在這時，西方海麵再次升起兩道煙柱，原來是奉命接應的經遠艦和來遠艦終於趕來了。
當看清對麵的清軍實力後，坪井航三鐵青著臉下令轉進，不過艦長東鄉平八郎卻一再苦苦勸說：“高升船上有大量清軍士兵，趁此機會將其擊沉再撤退不遲啊！”
“東鄉，你的膽子可真大，那是一條英國船，在無法確保歐洲人的安全之前，絕不可輕動。”
“浪速”號由於進水失速，最大航速已經從18節降到14節，即使輪機過載也是跑不過最大航速18節的致遠和靖遠二艦的。
不過，致遠管帶鄧世昌遠遠的便看清了浪速的受傷的情況，待小艇從高升問明情況回來後，鄧世昌下令護送高升進入牙山灣。
而後，致遠和靖遠二艦快速向北駛去，尋找並支援濟遠艦。