Через четверть часа, получив несколько подводных пробоин, объятый пламенем и с креном на левый борт «Ослябя» вышел из строя. Корабль продержался на плаву еще минут тридцать, затем на виду у всей эскадры перевернулся и пошел ко дну. Подошедшие к месту гибели эсминцы «Бравый», «Буйный», «Быстрый» и буксир «Свирь» спасли несколько офицеров и часть команды. В это время эскадренный броненосец «Князь Суворов» с сильным пожаром в центре, со сбитыми мачтами и разбитой кормовой башней перестал слушаться руля и начал описывать циркуляцию вправо. Сделав полную циркуляцию, броненосец прорезал строй эскадры позади «Сисоя Великого». Броненосец «Император Александр III», шедший за «Князем Суворовым», вначале последовал за флагманом, но, поняв, что он потерял управление, лег на прежний курс и повел за собой эскадру. Рожественский был ранен в голову и временами терял сознание. «Князь Суворов», борясь с пожарами и водой, отбивался от атак противника вплоть до своей гибели. К борту стоявшего без движения «Князя Суворова» подошел миноносец «Буйный» и принял командующего эскадрой с частью штаба. Пылающий броненосец без мачт и труб, с разбитыми башнями и снесенными надстройками еще продолжал стрелять из 75-мм пушки. На «Буйном» подняли флаг командующего. Командование эскадрой перешло к контр-адмиралу Небогатову, находившемуся на броненосце «Император Николай I». Итак, через 40 минут после начала сражения русская эскадра потеряла два броненосца — «Князь Суворов» и «Ослябя»; многие корабли были серьезно повреждены.
Из-за спустившегося тумана сражение прервалось почти на полчаса. В 15 часов 40 минут эскадры вновь открылись. Японцы снова пошли на охват головы русской эскадры, во главе которой находился «Сисой Великий». Не выдержав массированного огня и получив серьезные повреждения, через десять минут покинул строй «Сисой Великий». Его место занял броненосец «Император Николай I». Тяжелые повреждения получил «Орел».
Затем на непродолжительное время главные силы еще раз теряли друг друга из виду. И снова происходила встреча. Японцы заходили в голову, ведя сосредоточенный огонь двух-трех кораблей по одному русскому броненосцу. Около 18 часов 30 минут из строя вышел корабль «Император Александр III».
«Тусклое и совершенно красное в тумане солнце было уже низко, когда по падению неприятельских снарядов можно было думать, — писал мичман с крейсера „Адмирал Нахимов“ Энгельгардт, — что мы через несколько минут будем пущены ко дну. Но в это время с креном, увеличившимся до опасного от циркуляции, прорезал строй „Император Александр III“, и крейсерский отряд адмирала Камимуры сразу же перевел огонь на него. В этом, впрочем, уже необходимости не было, так как гибель его была очевидна… „Император Александр III“ кренился все больше и больше.
С поднятого левого борта кидалась команда. Скоро палуба ушла в воду, показались винты (левый еще работал). Затем он быстро перевернулся. Последние из искавших спасения вскарабкались на борт, когда тот был уже почти горизонтален. Быстро двигаясь вперед, эти люди (человек 20–30) оказались на киле, когда броненосец окончательно перевернулся. Кругом днища плавали сотни голов. К месту гибели броненосца шел „Изумруд“. Днище „Императора Александра III“ держалось очень долго. К нему уже после захода солнца приближались японские миноносцы».
Русская эскадра продолжала следовать вперед, головным шел броненосец «Бородино», который через несколько минут перевернулся и ушел под воду. Из команды спасся только один человек — матрос Ющин. После гибели «Бородино» огонь стал ослабевать. Таким образом, в дневном сражении погибли эскадренные броненосцы «Князь Суворов», «Император Александр III», «Бородино» и «Ослябя», а «Орел» и «Сисой Великий» получили серьезные повреждения и с большим трудом удерживались на плаву, другие броненосцы имели легкие повреждения. Из крейсеров погиб только «Урал». Затонули транспорт-мастерская «Камчатка» и буксирный пароход «Русь». Госпитальные суда «Орел» и «Кострома» были захвачены японцами в самом начале сражения.
В 20 часов 15 минут японцы бросили против остатков русской эскадры все 43 миноносца. Адмирал Того телеграфировал в свою штаб-квартиру: «Соединенный флот атаковал неприятельскую эскадру близ острова Окиносима и нанес ей большое поражение. По меньшей мере потоплено четыре неприятельских судна, а прочим судам нанесены большие повреждения. Потери в нашем флоте невелики. Минные суда с заходом солнца пошли в атаку».