Японскому отряду удалось успешно выполнить задачу – поставить мины на внешнем рейде всего в двух милях от Золотой Горы, напротив входа на внутренний рейд Порт-Артура. Японские корабли были замечены с дежурного крейсера «Диана», но ночевавший на нем Макаров запретил открывать огонь, опасаясь того, что это могли быть свои миноносцы, которые должны были вернуться из ночного поиска у архипелага Эллиот, и тем самым повредить их.
Миноносец «Смелый» под командой лейтенанта Бахирева вслед за «Страшным» тоже едва не попал в японскую ловушку, но смог оторваться от противника и капитан доложил о сложившейся обстановке командующему флотом. На выручку «Страшному» полным ходом направился крейсер «Баян», отогнавший японские миноносцы. При этом «Баян» вступил в бой с приближавшимися к Порт-Артуру броненосными крейсерами 2-й японской эскадры. Умело маневрируя под огнем противника, командир «Баяна» капитан 1-го ранга Вирен смог поднять из воды пятерых матросов из экипажа затонувшего «Страшного», вместе с которым погибли все четыре офицера и сорок семь нижних чинов.
«Баян» повернул к Порт-Артуру, откуда навстречу японцам на «Петропавловске» вышел командующий флотом. С присоединением к нему «Полтавы», «Баяна», «Аскольда» и «Новика», не дожидаясь выхода остальных броненосцев, Макаров атаковал японские крейсера. Японцы отступили, но в 25 милях от Порт-Артура с мостика «Петропавловска» обнаружили главные силы Соединенного флота: шесть броненосцев и два новых броненосных крейсера. Ввиду превосходства противника в силах Макаров решил вернуться на внешний рейд, где в кильватер «Полтава» вступили броненосцы «Пересвет» и «Победа». «Севастополь» находился еще на выходе из бассейна, когда русский флагманский корабль начал обычный маневр – «восьмерку»: командующий собирался принять бой под прикрытием береговых батарей. Однако Того по-прежнему избегал риска малейших потерь и держался на дистанции более ста кабельтовых.
В 9 часов 39 минут «Петропавловск» подорвался на японских минах, взрыв которых вызвал детонацию боевых зарядных отделений торпед и якорных мин в носовом минном погребе, а также боезапаса в крюйт-камере двенадцатидюймовых зарядов. Броненосец сразу накренился и стал быстро уходить носом в воду. Над местом взрыва выкинуло громадное пламя и облако дыма. Его палуба мгновенно была объята пламенем. Корма резко поднялась из воды, и винт левой машины продолжал работать в воздухе. И через полторы-две минуты после первого взрыва «Петропавловск» скрылся под водой. Удалось спасти из воды восемьдесят человек, в том числе командира броненосца капитана 1-го ранга Яковлева, капитана 2-го ранга великого князя Кирилла Владимировича и еще пятерых офицеров.
На «Петропавловске» погибли шестьсот пятьдесят человек, среди которых были адмиралы Макаров и Молас, начальник штаба эскадры, а также ветеран многих войн и походов замечательный художник Верещагин, бывший на броненосце в качестве волонтера, выпускник Морского корпуса 1860 года.
Вскоре броненосец «Победа» также подорвался на мине, но остался на плаву и был уведен на внутренний рейд. На русских кораблях предположили, что против них действуют подводные лодки, и открыли беспорядочную стрельбу по воде и плававшим на ее поверхности обломкам. Адмирал Того тем не менее не рискнул воспользоваться растерянностью противника, и около трех часов пополудни Соединенный флот скрылся за горизонтом – потопление флагманского броненосца «Петропавловск» и подрыв другого броненосца для японцев и так были немалой победой. Даже при том, что они еще не знали о гибели командующего флотом.
Катастрофа 31 марта имела необратимые последствия для российского флота Тихого океана – с гибелью Макарова флот потерял вождя, которого было трудно заменить. Среди десяти других адмиралов, самостоятельно командовавших эскадрами и отрядами в Русско-японской войне, ни один не мог сравниться с первым командующим флотом Тихого океана. По образному признанию самих японцев, Макаров на фоне своих коллег выглядел как
Гибель Макарова произвела тяжелое моральное воздействие на весь личный состав флота – от нижних чинов до штаб-офицеров и адмиралов. Очевидец катастрофы капитан 2-го ранга Семенов, старший офицер крейсера «Диана», рассказывал офицерам в Морском собрании, как он укорял старшего боцмана за «похоронный» вид, требуя, чтобы тот всячески подбодрял команду, внушал, что без потерь нельзя – на то она и война. На что боцман ответил: «Что броненосец! Хоть бы два, да еще и пару крейсеров в придачу! – Голова пропала!»
У адмиралов и у многих командиров кораблей первого ранга пропала уверенность в своих силах. Они, заведомо признавая превосходство японцев на море, уже не пытались возродить традиции наступательной тактики, сторонником которой был безвременно погибший Макаров. С его гибелью пропал тот энтузиазм, с которым было встречено его прибытие в Порт-Артур в должности командующего флотом Тихого океана.