1894年，日本在美英等帝國主義的支持下，發動了侵略中國和朝鮮的戰爭。當日本占領了朝鮮平壤並派軍艦到我國沿海進行挑釁的時候，以“致遠”艦管帶鄧世昌為首的愛國將士，沒有一個不氣憤的，都紛紛要求抗擊日本侵略者。但是，腐敗的清政府卻極力反對，幻想列強出麵調停，斥責鄧世昌等人的愛國主張“有損中外邦交”、“不利各國調停”。鄧世昌憤慨地對將士們說：“我雖然不懂得外交，可懂得做人要有民族氣節和愛國之心。”
7月25日晨，北洋水師的戰艦“濟遠”、“廣乙”號，護送商船“高升”號和運輸船“操江”號載運1000多名陸官清軍兵和各種器材、彈藥、軍餉等，開往朝鮮的牙山，支援在朝鮮的清軍官兵反擊日軍的進攻。當行至牙山口外豐島附近時，遭到日本軍艦的襲擊，日艦不宣而戰，突然向“濟遠”號和“廣乙”號開炮。“廣乙”號戰艦船身小，戰鬥力弱，受到嚴重創傷。“濟遠”號是鐵甲快艦，戰鬥力強，艦上的官兵有一部分作戰勇敢，同數量占據優勢的日艦展開了激烈的拚殺。都司沈壽昌、守備楊建章、黃承勳和一部分士兵中彈犧牲，可是“濟遠”號管帶方伯謙貪生怕死，竟然丟下運輸船不管，下令逃跑，致使“高升”號和“操江”號兩船失去保護，結果裝滿物資和軍餉的“操江”號被日艦俘去。日艦“浪速”號強迫“高升”號投降，但遭到船上全體清軍將士的拒絕，他們同仇敵愾，絕不投降，寧願死也不當俘虜。殘暴的日艦火炮、魚雷齊放，對一艘沒有戰鬥能力的運兵商船大打出手，“高升”號的中國士兵以步槍英勇還擊，直至船沉，船上700多名官兵壯烈犧牲。消息傳來，北洋水師廣大官兵義憤填膺，鄧世昌等堅決要求出兵“以雪廣乙、高升之恥”。此時，他已意識到中日難免一戰，於是當眾宣誓：“若有不測，誓與日艦同沉！”表現出他為國家要與敵人決一死戰的赤膽忠心。北洋水師的所有戰艦將舢板全部撤除，僅保留六槳小艇一隻，一是避免戰時引起火災，二是表明北洋海軍將士誓與艦船共存亡的決心。
1894年8月1日，清政府被迫對日宣戰，同日，日本也對中國宣戰，中日甲午戰爭爆發，因為那年是甲午年，所以這次戰爭通稱“中日甲午戰爭”。鄧世昌率領“致遠”艦全體官兵積極投入到這場反侵略鬥爭中。
9月17日，北洋水師完成護送輪船運兵任務後編隊返航。中國黃海海麵上風平浪靜，誰也沒有想到中日大海戰即將在這裏爆發。上午十點半左右，艦隊操練剛完，廚房正在準備午飯。突然，見西南海麵上黑煙縷縷，日本艦隊呈一字豎陣朝北洋艦隊猛撲過來，並開炮轟擊中國艦隊。海軍提督丁汝昌急忙下令全隊列陣應戰。頓時，黃海海麵上炮聲震天，水柱騰空，一場震驚中外的黃海大戰爆發了。
北洋艦隊最初參戰的軍艦共10艘，成犄角魚貫小隊陣；日艦12艘，以第一遊擊隊“吉野”等4艘巡洋艦為先導，“鬆島”等6艘艦隨後，成魚貫縱陣，“赤城”、“西京丸”2艘戰鬥力弱的戰艦，列於艦隊左側作戰隊形之外，不作為主要攻擊力量。當雙方艦隊接近時，丁汝昌發令改變陣行，欲改為犄角雁行小隊陣（人字陣）迎敵，但改陣未完已與敵艦接觸。午後十二時五十分，日艦首先發炮，5分鍾後，北洋艦隊“定遠”號發炮轟擊，雙方展開激戰。北洋艦隊提督丁汝昌乘旗艦“定遠”號居中，其他戰艦分左、右兩翼進攻。北洋艦隊愛國官兵，麵對強敵，毫不畏懼，向日本戰艦發起猛攻，鄧世昌所在“致遠”艦是北洋艦隊第二隊隊首，此刻，他指揮“致遠”艦縱橫海上，猛打猛攻，勢不可當。很快，日本艦隊即遭到北洋海軍攔腰截擊，位於隊形後麵的“赤城”、“比睿”、“西京丸”等艦遭到猛烈攻擊，受創嚴重。不久，北洋艦隊旗艦“定遠”號中炮，帥旗被擊落，信號索具被摧毀，丁汝昌身負重傷，已無法指揮艦隊繼續作戰，同時，“定遠”號腹背受敵。特別是艦隊失去指揮，陣勢出現混亂，情況十分危急。這時，鄧世昌知難而進，立即命令在自己的軍艦上升起帥旗，沉著果斷地指揮艦隊向敵艦發起猛烈進攻。當敵艦成單縱陣企圖繞過北洋艦隊陣前，環攻右翼時，被北洋艦隊攔腰截斷，分割為二。鄧世昌指揮“致遠”縱橫海上，以艦首、尾的十二寸大炮猛轟敵艦，並施放機器格林炮，先後共發射炮彈百餘發，大都擊中日艦，重創敵“比睿”、“赤城”2艦，“赤城”艦長阪元被擊斃，失去作戰能力的這兩艘敵艦被迫退出戰鬥。
但北洋水師各艦在炮火、速度等方麵均遜色於日本艦隊。水師自正式成軍後，從未添置新船，炮械均已陳舊，尤其缺乏快船和速射炮，各船艦平均時速不到11海裏，而日本第一遊擊隊的戰艦平均時速達18海裏以上，其火炮發射速度是北洋水師火炮發射速度的4倍。負責供應北洋水師炮械彈藥的天津軍械總局，被貪汙腐化的官僚把持，艦隊炮彈奇缺卻得不到及時供應，更令人氣憤的是，有的炮彈被偷工減料，以假充真，將沙子填充到炮彈的藥筒中充當火藥。當時在威海的英籍人肯寧鹹說：“中國人在黃海上是可以得勝的，假如他們的炮彈不是被裝填進泥沙的話。”因此，盡管參戰將士拚死一戰，但北洋水師在戰場上還是漸漸趨於劣勢。