С наступлением ночи броненосцы и крейсера Того отступили в темноту и на русскую эскадру стаей бросились все 65 миноносцев противника. К тому времени погибли 4 русских броненосца. Японский флот хоть и получил повреждения, но потерь не имел. Крейсера контр-адмирала О. А. Энквиста оторвались от строя эскадры и вели бой с крейсерами японцев на параллельных курсах.

Ночью от торпед японских миноносцев погиб броненосец «Наварин», броню которого не смогли взять тяжелые снаряды в дневном бою. После торпедных ударов были затоплены экипажами старые корабли «Сисой Великий», «Владимир Мономах» и «Адмирал Нахимов». Русская эскадра уже не была единой силой. В разном порядке корабли пытались достигнуть Владивостока. Под командой контр-адмирала Энквиста крейсеры «Олег», «Аврора» и «Жемчуг» на максимальной скорости оторвались от преследования и ушли на юг в Манилу. Вооруженные транспорты «Корея» и «Свирь» добрались до Шанхая. Транспорт «Анадырь» дошел до Мадагаскара, а затем вернулся в Россию. Утром 15 мая под командой адмирала Небогатова находились лишь 5 кораблей. В 10.40, не вступая в бой, отряд сдался противнику. Сигнальщики быстроходного крейсера «Изумруд», которым командовал капитан 2-го ранга В. Н. Ферзен, неожиданно вновь подняли Андреевский флаг, и на глазах у изумленных японцев русский крейсер на 23-узловой скорости пошел к Владивостоку. Японские крейсера не смогли за ним угнаться, но из-за навигационной ошибки «Изумруд» выскочил на камни у бухты св. Владимира совсем недалеко от Владивостока. Старшие офицеры, опасаясь десанта японцев, взорвали крейсер, и команда пешим порядком пришла во Владивосток. Оставшиеся корабли поодиночке шли к Владивостоку. После героического неравного боя с японскими крейсерами погиб броненосец «Адмирал Ушаков», которым командовал капитан 1-го ранга Владимир Николаевич Миклуха-Маклай – родной брат известного русского ученого. Перед безнадежным боем, улыбнувшись, он сказал: «По местам, господа. Умрем, но Андреевского флага не опозорим. Будем драться по-ушаковски». Капитан Маклай утонул, спасая матросов с погибшего корабля.

У острова Дажелет принял бой с шестью японскими крейсерами и пятью миноносцами адмирала Уриу крейсер «Дмитрий Донской» под командованием капитана 1-го ранга Ивана Николаевича Лебедева. После тяжелого боя, так и не сдавшись противнику, «Дмитрий Донской» был затоплен. Погибли крейсер «Светлана» и миноносец «Безупречный». Миноносец «Бодрый» дошел до Шанхая. Адмирал Рожественский находился на миноносце «Бедовый», который следовал рядом с миноносцем «Грозный». При приближении японских миноносцев флаг-офицеры Рожественского подняли белый флаг и сдались врагу (сам тяжелораненый адмирал в это время находился в бессознательном состоянии). Не так поступил командир «Грозного» Константин Клитович Андржеевский. Его миноносец, отбиваясь от противника, продолжал бой. Командир был ранен в ноги, голову и обе руки, но продолжал руководить миноносцем. Управление огнем взял на себя лейтенант Сергей Дмитриевич Коптев. Несмотря на повреждения, «Грозный» смог уйти от преследования, но у него кончился уголь. В котел бросали все, что горело, и миноносец дошел до русского о-ва Аскольд. Сюда из Владивостока доставили уголь, и утром 17 мая «Грозный» бросил якорь в бухте Золотой Рог. Несмотря на тяжелые повреждения, до Владивостока дошел миноносец «Бравый» и быстроходный крейсер «Алмаз» под командованием капитана 2-го ранга Ивана Ивановича Чагина.

Русский флот потерпел тяжелейшее поражение. Погибло, попало в плен и было интернировано 27 кораблей. 5045 русских моряков погибло и 7282 – оказались в плену. Среди пленных был и командующий русской эскадрой адмирал Рожественский. На разоруженных кораблях остались 2110 человек, прорвались во Владивосток – 870, отпущено в Россию – 540. Всего личного состава перед сражением было 16 170 человек. Потери японского флота составили 3 миноносца. Погибли 116 моряков и 538 были ранены.