隻有磐手號在和格羅姆鮑伊號的對決中處於下風，被格羅姆鮑伊號擊中12炮，2門主炮，6門152毫米炮被毀，分隊長原口鶴次大尉以下38人被打死，炮術長、*長、分隊長以下37人受傷；而格羅姆鮑伊號也被擊中10炮，後艦橋被擊毀，側舷被擊穿4處，艦上多處起火，但動力未損，戰鬥力仍在。
而就在這時，聯合艦隊的第4戰隊的5艘軍艦也趕到了戰場，雖然這5艘軍艦分別為4艘防護巡洋艦、1艘通訊艦，論單艦戰鬥力，均在勇士號之下，但在這個時候，卻成為壓倒駱駝的最後一根稻草。伊森少將十分清楚，一但這5艘軍艦參戰，自己就真有全軍覆沒的危險了，因此立刻下令撤退。
但這時留裏克號的航速隻有13節，而且輪舵被打壞，無法轉向，隻能在海麵上轉圈，因此艦長特洛索夫上校向格羅姆鮑伊號打出“我己無法隨斜的旗號，而伊森少將見了，隻得下令放棄留裏克號，隻有兩艘軍艦撤退。
上村彥之丞下令，讓第4戰隊的浪速號、高千穗號、對馬號圍攻留裏克號，自己帶領剩下的軍艦繼續追擊俄艦，
雙方一邊追逐，一邊互相開炮射擊，追出大約20公裏左右時，格羅姆鮑伊號的尾炮擊中出號，造成了13人死亡，25人受傷，而且這時出雲號的203毫米炮彈隻剩四分之一，152毫米炮彈更是隻剩5發，全艦的官兵們也處於極度疲勞之中，第2戰隊的其他幾艘軍艦的情況也差不多，畢竟為了捕捉海參崴分艦隊，第2戰隊已連續執行了近1個月的海上任務，確實都疲憊不堪了，於是上村彥之丞決定中止追擊。
其實這時格羅姆鮑伊號、勇士號也己到了強弩之末，兩艦都遭受了重創，共陣亡140人、負傷319人，吃水線附近分別中彈數發，已經浸水，伊森少將己經下令勇士號，在艦上布置自爆裝置了，如果日艦繼續追擊的話，擊沉兩艦是有很大的機率，至少可以擊沉一艘。
而在另一麵，留裏克號被了艘日艦圍攻，雖然續中彈，艦長茨爾索福斯上校、大副弗洛圖夫斯基中校等五名軍官陣亡，但始終沒有被擊沉，而且還在航海長伊萬諾夫上尉的指揮下，盡力搶修機舵，希望還能突圍離去，但見到追擊的日艦轉回，伊萬諾夫上尉也知道大勢己去，因此下令打開通海閥，讓軍艦自沉，其餘的官兵均跳海逃生。
10點40分，留裏克號沉沒，蔚山海戰結束。不過日本軍艦到是並未撤離，而是在戰場上搶救落水的俄國官兵，應該這個時代的日本軍人還算是比較正常，最終留裏克號全艦官兵有625人獲救，其餘224人陣亡。而在這場海上的戰役中，日本共陣亡45人，受傷81人。
雖然這一戰日本艦隊在占有絕對優勢的情況下，僅僅隻擊沉了一艘俄艦，但這也是開戰以來，日本艦隊在海戰中正式擊沉的第一艘俄國主力軍艦，戰列艦甭巴甫洛夫斯克號是觸雷沉沒，不算是在海戰中擊沉。但從戰術上來，這一戰並不算是完全成功的。
但海參崴分艦隊的另兩艘俄艦均遭受重創，至少需要大半年維修才能重新作戰，這也表示海參崴分艦隊在一定的時間內，確實無力再威脅日本的海上航線，因唇現在為此，也可以經過了數次反複的拉據作戰之後，俄國在遠東的海軍力量大部分確實被日本擊破，在未來相當一段時間內，日本完全掌握了東海至日本海的製海權。陸軍也可以毫無顧忌的向俄軍發動進攻了。
其實日本陸軍早就開始調兵遣將，準備分從南北兩線，發動大規模的地麵進攻，南線由乃木希典大將指揮第3軍，進攻旅順，北線由大山岩大將指揮第1、2、4軍，進攻遼陽，這兩戰也可以決定的戰鬥，一但取勝，那怕是隻取勝一場，將使日本在戰略上占據主動地位，取得日俄戰爭的勝利也是指日可待了，而如果這兩線作戰都不順利，那麼前期所取得戰略優勢也將都蕩然無存了。
因此俄日雙方也都在調兵遣將，新一輪的戰爭即將拉開。至此，海上的戰爭也已告一段落，戰爭的焦點也將轉移到陸地上來，而日俄戰爭也進入一個新的階段。