У Рожественского же никакого разработанного плана на сражение не было — принимать решения предстояло в зависимости от действий японского флота. Тем самым инициатива заведомо отдавалась противнику. Командующий видел своей главной задачей прорыв во Владивосток. При этом считалось, что потери при прорыве будут не столь велики. Из соображений экономии топлива было решено идти кратчайшим путем через Корейский пролив. Это создало для японцев большое преимущество, так как, видя все маневры и перестроения русской эскадры, можно было легко выбирать уязвимые цели. При этом ставилась задача как можно скорее поразить сосредоточенным огнем флагманские корабли русских, лишив эскадру управления. Не ограничиваясь боевыми действиями в светлое время суток, японское командование планировало многочисленные ночные атаки миноносцев, чтобы не дать русским оправиться от последствий дневных боев.
Морское сражение началось 14 (27) мая 1905 г. в узком Цусимском проливе, войдя в который эскадра растянулась на несколько миль. Японцы стремились с самого начала охватить головные русские корабли. Рожественский также попытался сосредоточить огонь своих кораблей на флагманском броненосце «Микаса». Однако сразу же проявилось превосходство японцев в артиллерии и слабость бронирования русских кораблей. Пушки русских из-за недостаточной дальности стрельбы часто просто не доставали кораблей противника. Японцы же набрасывались на избранные цели крупными силами. Подчас русскому броненосцу приходилось вести заведомо проигрышную артиллерийскую дуэль с 10—12 кораблями противника. При этом довольно скоро было потеряно управление эскадрой — команды русских кораблей мужественно сражались практически без указаний, не выполняя какой-либо замысел или тактический маневр, а просто отбиваясь от наседавшего врага.
Довольно быстро сосредоточенным огнем из строя были выведены флагманские корабли — броненосцы «Ослябя» и «Князь Суворов». Во главе эскадры стал броненосец «Император Александр III», а затем его сменил броненосец «Бородино», который скоро также был подбит. В результате дневного боя 14 мая из 4 новых эскадренных броненосцев три и несколько других кораблей погибли, что привело к уничтожению боевого ядра Второй Тихоокеанской эскадры. С наступлением темноты для уничтожения оставшихся русских кораблей было послано 60 японских миноносцев. В итоге ночного рейда были потоплены или выведены из строя броненосцы «Наварин» и «Сисой Великий», а также крейсеры «Владимир Мономах» и «Адмирал Нахимов». К утру 15 мая Вторая Тихоокеанская эскадра как организованная боевая сила перестала существовать. Соединения и отдельные корабли ее были разбросаны по Корейскому проливу и не имели между собой связи
