В 16.10 сгустился туман и бой главных сил прекратился. Продолжался бой крейсеров. От обстрелов сильно пострадали плавмастерская "Камчатка", транспорты "Корея" и "Иртышь". Эскадра продолжила свой прорыв во Владивосток. В 16.45 японские истребители вновь атаковали "Суворова", но и на этот раз их атака была отбита. Броненосец еще отстреливался из нескольких уцелевших орудий. В 17.05 "Александр III" вновь вышел из строя, но в 17.40 вернулся в строй эскадры. В 17.20 был оставлен командой получивший тяжелые повреждения вспомогательный крейсер "Урал". В 17.30 миноносец "Буйный" подошел к борту горящего "Суворова", оставшегося в хвосте русской эскадры, и снял с него раненого Рожественского, офицеров штаба и нескольких матросов. Всего им было спасено с броненосца 23 человека. В 17.35 "Буйный" поднял сигнал: "Адмирал передает командование Небогатову". Тот находился на броненосце "Николай I" и получил это сообщение в 18.05 от миноносца "Безупречный".
В 18.00 ушедшие было японцы, стали нагонять русскую эскадру и в 18.20 открыли огонь, сосредоточив его на "Бородино". Вскоре на нем начался пожар в корме, корабль лишился грот-мачты, часть его орудий была уничтожена. Русские корабли также вели огонь по противнику. Однако японский огонь оказался более эффективным. В 18.30 с креном на правый борт из строя эскадры вышел "Александр III" и в 18.50 перевернулся и затонул. Из его экипажа не спаслось ни одного человека. Сильно был поврежден и головной броненосец "Бородино". Он имел крен на правый борт, пожары не прекращались, но корабль вел эскадру во Владивосток. Солнце уже зашло, и Того приказал своим основным силам прекратить огонь и отвернул вправо. Выполняя поворот броненосец "Фудзи" в 19.12 сделал последний залп из носовой башни главного калибра. Снаряды попали в правый борт "Бородино" в районе первой 152-мм башни и вызвали взрыв ее боезапаса. Русский броненосец перевернулся и моментально затонул. Из 866 человек экипажа спасся один человек — матрос Семен Ющин.
Теперь строй русской эскадры возглавил броненосец "Орел", который уже был поврежден в ходе дневного боя. В 19.20 он повернул эскадру на север. Со всех сторон русскую эскадру окружали японские истребители и миноносцы. Первой их жертвой стала плавмастерская "Камчатка". Она пыталась прикрывать огнем поврежденный "Суворов", но в 19.20 японские миноносцы ее потопили. Одновременно миноносцами № 72, 73, 74 и 75 был атакован "Суворов". В него попали несколько торпед, и горящий броненосец затонул. В 19.30 торпедное попадание в носовую часть получил крейсер "Адмирал Нахимов". Его скорость уменьшилась, и он отстал от эскадры.
