Кроме этих недостатков следует отметить и совсем уже странное явление. На крейсерах в состав боекомплекта входило большое количество чугунных снарядов. Например, на «России» на каждое 203-мм орудие приходилось по 10 чугунных (из 164 снарядов), а на 152-мм орудие — 36 (из 170 снарядов). Японские фугасные снаряды значительно превосходили по качеству русские. Тонкостенные, большей массы, они были снабжены «шимозой», взрывчатым веществом более сильным, чем влажный пироксилин в русских снарядах.
Учитывая все эти факторы, результаты боя были очевидны — русские корабли должны были проиграть и погибнуть. На стороне японцев оказалась и погода. Почти штилевое море лишало русские корабли последнего преимущества. Более низкобортные японские крейсера при сильном волнении не могли бы использовать расположенные близко к поверхности орудия батарейной палубы. Зато спокойное море делало русские высокобортные и мореходные крейсера хорошей мишенью.
Тем не менее они продолжали сражаться, следуя заветам адмирала Нахимова: «Стреляйте до последнего мгновения, стреляйте, и, может быть, последний выстрел сделает вас победителем». И они стреляли. Около 7 часов на «Рюрике», как показалось с «России», справились с повреждением, и он стал удерживать заданный курс Однако спустя несколько минут он снова стал отставать, и два головных крейсера легли на обратный курс, снова прикрывая поврежденного товарища.
Положение становилось безвыходным, и надо было принимать решение. Оно было таким — попытаться увлечь за собой броненосные крейсера Камимура в надежде, что «Рюрик» сумеет отбиться от трех легких крейсеров. Надежды на то, что он сумеет исправить повреждение и самостоятельно вернуться во Владивосток, не было. Максимум на что можно было рассчитывать, было то, что «Рюрик» сумеет подойти к корейскому берегу и спасти команду.
«Россия» и «Громобой» взяли курс на север, японские броненосные крейсера последовали за ними. Упорное сопротивление русских кораблей, их желание подороже продать свою жизнь убедили японского адмирала в том, что победы ему не добиться. Тем более, и его крейсера получили немалые повреждения. Их основное оружие — башни с 203-мм пушками замолчали (кроме крейсера «Токива»). На флагманском «Идзумо» после попадания снаряда стволы орудий носовой башни упали на палубу. Остальные башни также молчали, получив повреждения или израсходовав снаряды. Около 9 часов вышел из строя поврежденный «Адзума». В 9 час 50 мин японские крейсера, сделав последнюю неудавшуюся попытку добить русские корабли, прекратили бой и легли на обратный курс
Пока японские броненосные крейсера преследовали «Россию» и «Громобой», поврежденный «Рюрик» отбивался от трех легких крейсеров адмирала Уриу. Оставшийся один, «Рюрик» уже не представлял серьезной боевой силы. Помимо разрушенного румпельного отделения и больших затоплений в кормовой части он имел около десяти подводных пробоин, а его надводный борт превратился в решето. Кормовые погреба 203-мм пушек были затоплены, и они, расстреляв имеющиеся при них снаряды, замолчали. Два котла из-за перебитых паровых труб были выведены из действия.
К находившемуся недалеко крейсеру «Нанива» присоединились «Такачихо» и «Нийтака». Они открыли по «Рюрику» огонь с дистанции в 40 кабельтовых, но ближе приближаться не рисковали. Почти лишенный своей артиллерии, громадный корпус крейсера представлял отличную мишень. Выбрав место, они безнаказанно поражали корму «Рюрика» продольными залпами. Когда дистанция до ближайшего японского корабля сократилась до 18 кабельтовых, была предпринята отчаянная попытка «Рюрика» применить таран, но она не удалась. С выходом из строя последнего орудия ничего не оставалось делать, как затопить корабль. Наскоро собранный «совет» из оставшихся в живых офицеров принял единогласное решение: «Корабль затопить, но не допустить его захвата». Был отдан приказ: «Открыть кингстоны». По погибавшему кораблю японцы продолжали вести огонь до тех пор, пока не стало окончательно ясно, что крейсер тонет. Вскоре он лег на борт и ушел под воду кормой вперед. Из 763 человек погибло 204 и среди них командир — капитан 1-го ранга Е Трусов. 204 человека было ранено. На других русских крейсерах потери в команде были также значительны. На «России» было убито 48 и ранено 165 человек, на «Громобое», соответственно, — 91 и 182 человека