Артиллерия кораблей, в свою очередь, периодически вела огонь по позициям японцев. К примеру, броненосец «Ретвизан» 3 августа сделал 17 выстрелов 305-мм снарядами и двадцать пять — 152-мм, а 9 августа — 69 выстрелов 152-мм снарядами, 13 августа — семнадцать выстрелов 305-мм и семь — 152-мм снарядами. «Севастополь» с 1 по 9 августа выпустил 24 — 305-мм и 104 — 152-мм снаряда.
Первым броненосцем, потопленным на рейде Порт-Артура, стала «Полтава». Причем японцы потопили его случайно, промахнувшись в ходе обстрела «Ретвизана». 22 ноября в 13 ч. 30 мин. снаряд 11-дюймовой гаубицы попал в левый борт броненосца и, пробив броневую палубу, разорвался в погребе 47-мм снарядов, вызвав детонацию 2100 снарядов. Начался сильный пожар. Система затопления погреба была повреждена еще в предыдущих бомбардировках. Погреб стали заливать, пропустив шланги через элеватор и вентиляционные шахты. Но толку от этого не было никакого, так как дно и переборки погреба были пробиты осколками и вода, не задерживаясь в погребе, свободно вытекала в коридор гребного вала. От сильного жара воспламенились 40 полузарядов учебных 12-дюймовых снарядов, находившихся в смежном погребе. Около двух часов дня эти полузаряды взорвались, разрушив переборки и повредив водонепроницаемость дверей и кормовых отсеков пожарных труб.
Увидев на «Полтаве» пожар, командир спасательного буксира «Силач» сразу же подошел к броненосцу, пришвартовался к борту и бросил свою команду на борьбу с огнем. Все шланги буксира были направлены в кормовое подбашенное отделение «Полтавы», но пожар продолжал бушевать.
От большого количества разлившейся по корме воды у «Полтавы» образовались дифферент на корму и крен на правый борт. Для уменьшения крена затопили левые бортовые коридоры, после чего броненосец совершенно потерял запас плавучести и затонул на глубине 11 метров, погрузившись в воду по верхнюю палубу, с креном в 2,5 градуса на полубак.
Следующей жертвой 11-дюймовых японских гаубиц стал «Ретвизан». Как уже говорилось, японцы 22 ноября с 10 до 15 часов вели обстрел «Ретвизана» из 11-дюймовых гаубиц. Первый снаряд попал в шканцы броненосца, пробил палубу и разорвался в каюте командира, осколками пробив борт и переборки каюты и оторвав ствол у одной 75-мм пушки. Два снаряда попали в броню левого борта, оставив только вмятины. Четвертый снаряд пробил навесную палубу и разорвался в верхней батарее, не причинив серьезных повреждений. Пятый снаряд, попавший в коечную сетку на кормовом верхнем мостике, также особых повреждений не нанес. Шестой снаряд попал в шканцы правого трапа и разбил кнехт. Седьмой снаряд пробил подводную часть левого борта и междубортное отделение и, разорвавшись в погребе № 6, повредил осколками переборки. Восьмой снаряд попал в коечную сетку на продольном мостике.
23 ноября японцы возобновили обстрел «Ретвизана». Около 9 часов утра три 11-дюймовых снаряда попали в левый борт ниже ватерлинии. Через образовавшиеся пробоины хлынула вода, и броненосец получил крен на левый борт. Четвертый снаряд попал в 4-ю кочегарку, в котлах которой были пары. Три матроса получили осколочные ранения и были обварены паром. Работу котлов пришлось прекратить.
Еще два снаряда попали в 6-й машинный погреб, пробив переборки и сорвав с петель броневые и водонепроницаемые двери. Осколки снаряда повредили пожарную помпу. Погреб быстро наполнился водой.
Один снаряд попал в навесную палубу, пробил каземат правого кормового 152-мм орудия и жилую палубу и разорвался около элеватора машинного погреба № 5. Вспыхнул пожар, который усилился от последующих попаданий в жилую палубу, где загорелись вещи и мебель. Пожарная магистраль была перебита, и пожар тушили брандспойтами и ведрами.
В броню левого борта попало несколько снарядов, не причинив повреждений. Через подводные пробоины в броненосец поступала вода. От сотрясений разошлись трещины старой пробоины. Двери и водонепроницаемые переборки во многих местах были разрушены, и вода разливалась по всему кораблю. Водоотливная система не действовала, да и откачивание воды уже не имело смысла.
В 16 ч. 05 мин. броненосец «Ретвизан», погружаясь левым бортом, опустился на грунт. Во время прилива вода едва доходила до верхней палубы корабля. Убедившись, что броненосец затонул, капитан 1-го ранга Щенснович приказал выгружать из еще не затопленных погребов снаряды, заряды, продовольствие и вещи команды.
К 7 часам утра следующего дня продовольствие и вещи матросов были свезены на берег на четырех портовых баркасах. Снаряды и заряды погрузили на баржи и отправили на склады минного городка. В 8 часов утра 24 ноября «Ретвизан» был покинут экипажем.