Видимость быстро улучшалась, но над водой пока еще держалась дымка. Ветер разгонял остатки ночной сырости и тумана. Вскоре начались попадания с обеих сторон. «Олег» был вынужден часто менять курс, чтобы не позволить японцам громить себя с острых кормовых углов. Тогда в 04:10 японцы разделились. «Нанива» остался висеть на правом траверзе, ведя частый огонь всем бортом, а «Такачихо» начал уходить под корму, стреляя носовыми залпами.
До мыса Коозаки оставалось всего восемь миль, но боевое маневрирование увело русский крейсер много восточнее. Японский перекрестный обстрел был очень мощным и эффективным. Русские пушки замолкали одна за другой. Полноценно отвечать «Олег» мог только «Наниве», обстреливая вертевшегося за кормой «Такачихо» лишь из кормовой башни, стрелявшей заметно реже казематных и палубных пушек.
«Нанива» тоже получал попадания, и его огонь несколько ослаб, но увеличивать дистанцию японцы не спешили, стремясь нанести максимальный ущерб. В 04:22 «Олег» получил попадание 152-миллиметрового снаряда в корму, от чего нарушилась работа телемотора рулевого привода, и крейсер покатился в неуправляемую циркуляцию вправо, прямо на «Наниву».
Японцы сначала приняли это за попытку тарана, начав маневр уклонения. Но быстро разобрались, в чем дело, вернувшись на прежний курс, резко усилив обстрел и начав приближаться. Попадания в «Олега» участились, начались пожары. В то время как русским комендорам стрелять в продолжающемся развороте было затруднительно.
Починить руль удалось лишь через десять минут, когда крейсер описал полный круг. Для исправления повреждения истратили три пуда глицерина, залив его в восстановленную магистраль. Положение было критическим. Носовую башню заклинило, кормовая действовала только на ручном управлении. Половина палубных и казематных пушек вышла из строя, начались сильные пожары в корме и на рострах. А японцы все наседали. Из-за пробоин в трубах упала тяга, и ход снизился до десяти узлов. Крейсер с большим трудом мог управляться.
В 04:38 из-за мыса Коозаки, видневшегося на западе на расстоянии уже меньше четырех миль, показались большие шапки дыма. Еще несколько дымов быстро приближались со стороны бухты Миура. Восстановив управление, «Олег» продолжал отходить на запад. В этот момент «Нанива» расходился с ним контркурсом правым бортом на расстоянии всего в шесть кабельтовых. Едва ворочавшаяся кормовая башня дала двухорудийный залп, легший под самым бортом японца. Даже без бинокля было видно, как всплески от этих двух снарядов окатили шкафут «Нанивы». Без сомнения, снаряды легли в ватерлинию.
То ли повреждения от этих попаданий оказались достаточно серьезными, то ли не желая иметь дело с тем, кому принадлежали приближающиеся большие дымы, японцы начали отходить на восток, продолжая обстрел, пока снова не хлынул дождь. «Олег» активно маневрировал и стрелял в ответ, но попаданий больше не добился, сам получив еще два снаряда, один из которых проделал большую пробоину в подводной части левого борта в нижней угольной яме второго котельного отделения, которую быстро затопило. От этого возник крен на левый борт в пять градусов, и через пробоины в корме теперь заливало жилую палубу. Затопления в корме удалось остановить, заделав течи и дыры подручными средствами, но с креном справиться не удавалось.
Дойдя до Коозаки, с «Олега» увидели, что большие дымы, спугнувшие японцев, принадлежали двум небольшим трофейным пароходам из состава тральных сил Озаки, которые встревоженные приближавшейся перестрелкой поднимали пар в котлах, чтобы покинуть опасный район. Трофейный японский уголь жутко дымил.