雖然交戰的戰艦數量少，但這裡的戰鬥依舊非常的激烈。12點55分，‘蘭州’號重巡洋艦率先完成了對‘富士’號戰列艦的跨射，這讓在‘富士’號上指揮戰鬥的柴山矢八嚇出了一身的冷汗。戰鬥開始還不到半個小時的時間，中國海軍就已經完成了跨射，這表明，在炮擊的精度上，日本海軍已經處於了完全的下風。
13點15分，‘蘭州’號重巡洋艦的一枚280毫米炮彈，命中了‘富士’號的右舷，炸出了一個大洞，摧毀了一門副炮。不過，爆炸的地方在水線之上，並未對‘富士’號造成致命的威脅。
13點40分，‘西安’號的一枚炮彈，在‘富士’號左側十多米的地方爆炸，形成近失彈。炮彈爆炸，形成的巨大擠壓力，將‘富士’號的水下裝甲撕開了一道一米多長的口子。洶湧的海水向‘富士’中湧去，‘富士’號上的水手們，用儘了九牛二虎之力才將口子堵住。
這個時候，柴山矢八看到了中國海軍的重巡洋艦對日本艦隊的威脅。他下令將炮擊的目標從中國海軍的戰列艦轉向重巡洋艦。他深知，這一場海戰，日本輸掉已經是肯定的了，但是，他希望能夠對中國海軍也造成巨大的損失，這樣的話，他們的死也不算白死了。
14點24分，‘西寧’號重巡洋艦命中‘八島’號的艦尾，擊穿了‘八島’號的後甲板，將小半個艦尾都切去了。
14點35分，‘八島’號的一枚305毫米主炮炮彈，也命中了最後麵的‘武漢’號重巡洋艦，在艦舯部的水線之上，炸出了一個大洞，炸飛了兩門速射炮。
而中國海軍分艦隊的戰列艦，不知道是怎麼回事，一直到了15點之後，才開始發揮出真正的威力。
15點22分。‘高原’號的一枚305毫米艦炮，正中‘八島’號的艦首，將整個艦首都炸掉，使得‘八島’號深受重創，速度也降了下來。
緊接著，15點40分的時候，‘高原’號的一枚305毫米炮彈，擊中了‘八島’號水線附近的裝甲，撕開了一道三米多寬的口子。洶湧的海水灌入，使得‘八島’號發生了嚴重的傾斜，‘八島’號的損管人員也無能為力。幾乎在同一時間，‘武漢’號打出的一枚280毫米炮彈，命中‘八島’號的艦橋，殺死裡麵包括艦長在內的所有軍官。十分之後，‘八島’號就沉入了海底。
‘富士’號的處境也好不到哪裡去。在15點36分的時候，‘四川’號第一次命中了‘富士’號。一炮將前桅杆炸掉，使得‘富士’號遭到了重創。
在接下來的半個小時之內，‘四川’號和‘西安’號以及‘蘭州’號，分彆命中‘富士’號。最致命的一發炮彈，是‘蘭州’號打出的。這枚炮彈，擊穿了‘富士’號的後主炮下麵的裝甲，並且引爆了彈藥庫，劇烈的殉爆，使得‘富士’號被炸成了兩截，在兩分鐘之內就沉入了海底，上麵的數百日本士兵，無一生還。
至此，日本海軍的所有主力艦，全部被擊沉或者俘虜。
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